10. März 2022 von Ilias El Haouati, Ellen Szczepaniak und Simon Bächle
Virtuelle Kraftwerke: Buzzword oder Paradigmenwechsel?
Wie sieht die Energiewelt von morgen aus?
Fukushima, Kohleausstieg, Klimaneutralität – die Energiewirtschaft befindet sich inmitten eines fundamentalen Strukturwandels. Der Anteil an erneuerbaren Energien steigt kontinuierlich und bereits in einzelnen Stunden wird Deutschland zu 100 Prozent von dekarbonisiertem Strom versorgt. Allerdings führt die Vielzahl an kleinen, dezentralen Kraftwerken dazu, dass die Volatilität der Erzeugung steigt, denn die Einspeisung durch Wind und Sonne unterliegt naturgemäß Prognosefehlern. Diese Abweichungen können dazu führen, dass die Netzfrequenz das sichere Regelband von 49,8 bis 50,2 Hertz verlässt. Dann besteht die Gefahr, dass die Systemsicherheit nicht mehr gewährleistet werden kann und der Übertragungsnetzbetreiber versucht mittels sogenannter Regelleistung dem entgegenzuwirken. Aktuell stellen Kohle- und Gaskraftwerke die Regelleistung zur Verfügung, mit der die Netzfrequenz stabilisiert werden kann und ein Blackout vermieden werden kann. Ein Blackout stellt für ein Industrieland, dessen Wirtschaft vollkommen abhängig von einer zuverlässigen Strombereitstellung ist, ein erhebliches Risiko dar. Um die Systemsicherheit in einer Energiewelt gewährleisten zu können, in der nur erneuerbare Energien existieren, müssen Systemdienstleistungen, wie zum Beispiel Regelleistung, auch durch volatile Erzeugungsanlagen bereitgestellt werden. Für die Bereitstellung von Regelleistung aus Kleinstanlagen – etwa die PV-Anlage auf dem Garagendach – bestehen (derzeit) große Hürden und grundsätzlich ist die Kraftwerksleistung zu gering, um Regelleistung bereitstellen zu können. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, mit der man Regelleistung aus Kleinstanlagen bereitstellen kann: virtuelle Kraftwerke. Wie dies aussehen kann, möchten wir euch in dieser vierteiligen Blog-Reihe näherbringen.
Virtuelle Kraftwerke – zentral und doch dezentral!?
Die steigende Anzahl der erneuerbaren Energien und die damit verbundene volatile Einspeisung ermöglichen den virtuellen Kraftwerken, eine neue Rolle in der Energieversorgung einzunehmen. Doch was ist ein virtuelles Kraftwerk und wo liegen die Vor- sowie Nachteile?
Unter einem virtuellen Kraftwerk wird ein Verbund aus dezentralen (erneuerbaren) Energieanlagen verstanden. Diese Erzeugungsanlagen werden in zwei Kategorien unterteilt, zum einen gibt es die volatilen Anlagen wie Windkraft- und Photovoltaikanlagen, zum anderen die regelbaren Anlagen wie unter anderem Wasserkraftanlagen und Biogasanlagen. Neben diesen Anlagen befinden sich in einem virtuellen Kraftwerk noch flexible Stromspeicher oder Stromverbraucher, um bei einer Überlastung des Netzes durch zusätzliche Flexibilität gegenzusteuern.
Die Vermarktung der dezentral erzeugten Energie übernimmt hierbei das virtuelle Kraftwerk und tritt somit am Markt als ein „Großkraftwerk“ auf.
Um als virtuelles Kraftwerk flexibel auf die Marktsignale (Preise und Nachfrage) reagieren zu können, verfügt jede dezentrale Anlage über eine Steuerungseinheit, die in ständigem Austausch mit dem zentralen Leitsystem steht. Dieses Herzstück eines virtuellen Kraftwerks koordiniert die Lieferung von Energie, die Vorhaltung von Regelleistung für die Frequenzhaltung und stellt eine Kommunikationsschnittstelle zum Strommarkt sowie zu deren Akteuren dar.
In der folgenden Abbildung wird eine schematische Übersicht möglicher Akteure und Komponenten dargestellt.
Schematische Übersicht eines virtuellen Kraftwerks
Das virtuelle Kraftwerk als Schlüssel für die Energiewende?
Ohne eine intelligente Aggregation von erneuerbaren Energien wird die geplante Dekarbonisierung des Stromsektors nicht umsetzbar sein. Virtuelle Kraftwerke bieten die Vorteile eines „klassischen“ Großkraftwerks (Direktvermarktung, Regelleistung etc.) und kompensieren gleichzeitig die Nachteile von Kleinstkraftwerken aus erneuerbaren Energien (Volatilität, geringe Kraftwerksleistung, Marktzugang etc.). So kann das virtuelle Kraftwerk eine Wolke im Norden und die damit verringerte Solarenergie durch PV-Anlagen im Süden ausgleichen. Egal wie schlecht das Wetter ist, irgendwo strahlt immer die Sonne oder weht der Wind, sodass virtuelle Kraftwerke zuverlässig Energie bereitstellen können.
Zusammenfassend stellt das Konzept eines virtuellen Kraftwerks einen Schlüssel für eine nachhaltige, wirtschaftliche und stabile Energieversorgung der Zukunft dar.
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