Flexibilitäten

Wir identifizieren mustertypische Nutzer in der Industrie, im Gewerbe und in großen Wohnquartieren, die ihren Energiebedarf flexibel an die schwankende Einspeisung aus Wind- und Solarkraftwerken anpassen können. Neue Flexibilitätsoptionen bieten sich außerdem durch Anwendungen der Sektorkopplung (Strom, Wärme, Kälte, Mobilität) und in Regionalkraftwerken, bei denen Erzeuger und Verbraucher eng integriert sind. Die Nutzung dieser Flexibilitäten erproben wir zwecks Entlastung von Netzengpässen und zur optimalen Ausnutzung der verfügbaren Grünstromerzeugung.

Flexibilitäten identifizieren und charakterisieren

In einem Energiesystem mit sehr großen Anteilen volatiler erneuerbarer Erzeugung gewinnen Flexibilitäten stark an Bedeutung. Das betrifft insbesondere die Nutzerseite, denn mittels verschiebbarer bzw. bei Bedarf auch zuschaltbarer Lasten kann überschüssige Energie ohne Umweg und Verluste sinnvoll eingesetzt werden. Wenngleich in der Theorie bereits viele Flexibilitätsoptionen längst beschrieben sind, ist die Identifikation und Charakterisierung unter realen Bedingungen und bei bestehenden Prozessen vielfach noch eine Herausforderung. Auch bedarf es in Industrie und Gewerbe oftmals noch eines Umdenkens hinsichtlich der Notwendigkeiten und Möglichkeiten der Lastflexibilisierung.

Wir identifizieren und charakterisieren mustertypische Flexibilitätsoptionen sowie die Nebenbedingungen für den jeweiligen Einsatz, also etwa: Welche Parameter der betroffenen Prozesse sind einzuhalten? Wer oder was darf wann die Flexibilitäten steuern? Dies geschieht zunächst noch unabhängig von der Frage, mit welchen Erlösmodellen die Flexibilitäten verwertet werden können. Der Fokus liegt auf drei vielversprechenden Handlungsfeldern:

Flexibilitäten aktivieren

Technische Flexibilitätspotenziale werden nur dann zur Anwendung kommen, wenn sich dafür ein marktbasierter Nutzen finden lässt und die regulatorischen Vorgaben flexibilitätsfreundlich ausgestaltet werden. Grundsätzlich existieren bereits unterschiedliche Anwendungsfälle für Flexibilitäten (Regelleistung, Spitzenlastglättung, Spotmarkt). Eine intelligente Vermarktung sollte alle Verwendungsoptionen berücksichtigen und somit den Wert der Flexibilität maximieren. Neben dem Know-how der Betreiber von Flexibilitätsanlagen und den Vermarktern/Aggregatoren werden auch diskriminierungsfreie, wettbewerbliche Märkte mit geringen Eintrittsbarrieren benötigt.
 

    • Identifikation von Problembereichen/Hemmnissen der praktischen Vermarktungsmöglichkeiten: Solche Hemmnisse können sowohl in zu hohen Markteintrittsbarrieren, als auch fehlenden Anreizmechanismen für eine Flexibilisierung von Leistung begründet sein. Beispielsweise können kleine bis mittlere Flexibilisierungsreserven in der Industrie oder in Wohnquartieren trotz ihres großen Potenzials unter den derzeitigen marktlichen Rahmenbedingungen nur in eingeschränktem Umfang wirtschaftlich gehoben werden. Es gilt, die bestehenden rechtlichen und regulatorischen Hemmnisse für den Einsatz von Flexibilitäten spezifisch zu analysieren und Handlungsempfehlungen für eine Weiterentwicklung des Rechts- und Regulierungsrahmens zu formulieren.
    • Erprobung einer konkreten Weiterentwicklung von Märkten: In Zusammenarbeit mit virtuellen Kraftwerken und Aggregatoren wird in WindNODE gezielt an der Vermarktung auch von kleinen Flexibilitätseinheiten am Regelleistungsmarkt gearbeitet. Darüber hinaus erproben wir im Reallabor mit der Flexibilitätsplattform unter Nutzung der "Experimentierklausel" (SINTEG-V) die marktliche Beschaffung von Flexibilitäten für den netzdienlichen Einsatz. Damit leistet WindNODE einen konkreten und belastbaren Praxisbeitrag zur aktuellen rechtlichen und regulatorische Debatte um den Nutzen und die Ausprägung von so genannten "Smart Markets".

    Sektorkopplung ins System integrieren

    Der Blick auf den Stromsektor greift für eine erfolgreiche Energiewende zu kurz. Speziell im Wärme- und Mobilitätssektor bieten sich riesige Potenziale für die Flexibilisierung und Dekarbonisierung von Lasten. Die sogenannte Sektorkopplung ist zwar aus technischer Sicht nichts grundsätzlich Neues, wird jedoch für die Systemintegration großer Mengen erneuerbaren Stroms eine zentrale Bedeutung gewinnen. Konzepte der Sektorkopplung stehen mindestens in gleichem Maße vor regulatorischen und wirtschaftlichen Herausforderungen wie vor technischen Entwicklungsbedarfen. Bislang sind netz- und systemdienliche Sektorkopplungstechnologien stromseitig (EEG-Umlage, Netzentgelte etc.) mit rechtlichen Nachteilen belastet. Auf Seiten der Sektorkopplungsprodukte (insbesondere Wärme und Gas) wird die "grüne" Eigenschaft des Stroms bislang noch nicht hinreichend berücksichtigt.

    Wir erproben drei wesentliche Felder der Sektorkopplung: Power-to-Heat (PtH) mit Anwendungen in allen Größenordnungen von dezentralen Speicheröfen im kW-Bereich bis hin zum Einsatz im Berliner Fernwärmesystem in der (bis zu) 100-MW-Klasse; Power-to-Cold (PtC) für gewerbliche Kühlanlagen, Eisspeicher und für eine kombinierte PtH-/PtC-Installation; sowie gesteuertes Laden bei der Elektromobilität. Dabei steht jeweils die Frage im Vordergrund, wie die Lastverschiebepotenziale und die funktionalen Speicher (Wärme/Kälte) als Flexibilitätsreserven für die EE-Systemintegration technisch genutzt und wirtschaftlich sowie regulatorisch angereizt werden können. Im Bereich Elektromobilität entwickeln wir zusammen mit spezifischen Kunden Use Cases und identifizieren Treiber für die Integration der Ladeinfrastruktur, speziell im gewerblichen Mobilitätsbereich.

    • Integration von Sektorkopplungs-Anlagen zur Bereitstellung von Flexibilitäten und Systemdienstleistungen
    • Vermarktungsmöglichkeiten für Sektorkopplungs-Anlagen als regionale Flexibilitäten auf der Flexibilitätsplattform
    • Einsatz von Sektorkopplungs-Anlagen zur Systemintegration Erneuerbarer Energien bei drohender Abregelung von Windkraftanlagen aufgrund von Netzengpässen

    Regionalisierung und Übertragung ausbalancieren

    Übertragungsnetze schaffen Flexibilität, indem sie Last- und Erzeugungszentren überregional verbinden. Mit der zunehmenden Integration von Erneuerbarer Energie aus lastfernen Standorten werden Netzkapazitäten intensiver beansprucht. In Starkwindzeiten kommt es daher innerhalb der WindNODE-Region zu Transportengpässen und an Außengrenzen (Kuppelstellen) zu Exportlimits. Regionale Ausgleichprozesse können helfen, Netzengpässe auf allen Ebenen zu vermeiden. Die Steuerungsprozesse (incl. Marktdesign) sind bisher kaum auf die Honorierung systementlastender Effekte ausgelegt. Es gilt, im Zusammenwirken von zentralen und dezentralen Lösungen der Regionalisierung und Übertragung eine sichere und sowohl volkswirtschaftlich als auch systemisch effiziente Versorgung zu gewährleisten.
     

    • Regionalisierung auf der Verteilernetzebene: Regionalkraftwerke übernehmen Verantwortung für systemverträgliche Einspeisung auf Verteilernetzebene, indem sie vorausschauend die Einspeisung verschiedener benachbarter Erzeugungsanlagenparks (unter Einbindung von Speichern und Sektorenkopplung) auf Anschlusskapazitäten abstimmen.
    • Regionalisierung auf der Übertragungsnetzebene: "Wind in die Städte" bedeutet, Lastsenken innerhalb der Regelzone zu aktivieren, um Engpässe (netzbedingte Überschüsse) innerhalb des Übertragungsnetzes und an den Grenzen der Regelzone zu vermeiden. Um Ausgleichsprozesse zwischen Erzeugung und Verbrauch im räumlichen Kontext systementlastend zu organisieren und dafür die bewährten Marktmechanismen des Energy-only-Markts zu nutzen, benötigen die geeigneten Flexibilitäten entsprechend raumbezogene Anreize.

    Die Allokationsprozesse sollen sicher, technologieoffen und diskriminierungsfrei funktionieren. Das Subsidiaritätsprinzip kann dann dort wirken, wo dezentrale Lösungen gegenüber globalem Energiehandel und Netztransport einen volkswirtschaftlichen Vorteil erbringen (z. B. vermiedene Nutzung knapper Netzkapazitäten durch erzeugungsnahen Verbrauch oder höhere Akzeptanz durch nachfrageorientierte Lokal- oder Regionalstromprodukte bzw. -bilanzkreise).

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