Lastmanagement und virtuelle Kraftwerke
Power mit Ethernet
Die Versorgungssicherheit soll in der Energiewende durch Funktionen wie Lastmanagement und virtuelle Kraftwerke gewährleistet werden, die natürliche Schwankungen der erneuerbaren Energien ausgleichen. Ethernetbasierte Technik spielt dabei eine wichtige Rolle.
Im Jahr 2014 lag die Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien in Deutschland, hauptsächlich Photovoltaik und Windkraft, bei 27,3 Prozent. Das sind drei prozentuale Punkte mehr als im Jahr davor. In zehn Jahren soll der Anteil der erneuerbaren Energien bei 40 bis 45 Prozent liegen. Der Ausbau von erneuerbaren Energien erhöht die Anforderungen an die Flexibilität der Übertragungs- und Verteilungsnetze. Zudem steigen mit der wachsenden Durchdringung der Erneuerbaren im System auch Fluktuation und Volatilität im Stromnetz. Im Versorgungssystem müssen aber Stromerzeugung und -verbrauch stets in Gleichgewicht gehalten werden, da sich Energie nur sehr geringfügig im Stromnetz speichern lässt. Darüber hinaus entfällt laut der Internationalen Energieagentur IEA 42,3 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs auf die Industrie. Die Durchdringung der erneuerbaren Energien in Strommix und das Gewicht der Industrie im gesamten Stromverbrauch deuten darauf hin, dass für die erfolgreiche Erreichung der Ziele der Energiewende die Zusammenarbeit der Energie- und Fertigungsnetze unerlässlich ist. Eine Möglichkeit, diese Schwankungen in den Griff zu bekommen, sind virtuelle Kraftwerke und Lastmanagement. Beides bildet ein Pool von jeweils dezentralen Energieanlagen und von elektrischen Lasten, die gemeinsam von einer übergeordneten Instanz gesteuert werden.
Demand Response
Mit Lastmanagement wird die Nachfrage an die aktuelle Erzeugungskapazität angepasst und dadurch die Integration fluktuierender erneuerbarer Energie ins Stromnetz ermöglicht. Für den Ausgleich von Leistungsungleichgewichten sind die Übertragungsnetzbetreiber für ihre jeweiligen Regelzonen verantwortlich. Abweichungen zwischen Erzeugung und Entnahme müssen durch den Einsatz von Regelenergie ausgeglichen werden, damit es zu keiner Gefährdung der Systemstabilität kommt. Mit Regelenergie oder -leistung bezeichnet man die Energie, die ein Netzbetreiber benötigt, um unvorhergesehene Leistungsschwankungen in seinem Stromnetz auszugleichen. Es wird zwischen positiver und negativer Regelenergie unterschieden. Wenn die Erzeugung (u.a. mit erneuerbaren Energien) den aktuellen Energiebedarf nicht abdecken kann, ist positive Regelenergie erforderlich. Vom Übertragungsnetzbetreiber werden Signale an Demand-Response-Aggregatoren (Firmen, die mehrere industrielle Lasten in einem virtuellen Pool oder Cluster vernetzen) geschickt, damit sie die Last ihrer Kunden vom Netz nehmen (entweder automatisch, wenn die Endanwender damit einverstanden sind, oder die Endanwender werden darüber informiert und entscheiden selbst) und damit das Gleichgewicht im System wiederherstellen. Übersteigt die ins Netz eingespeiste Energie die zum selben Zeitpunkt entnommene Energie, liegt ein Leistungsüberschuss im Netz vor. In diesem Fall benötigt der Netzbetreiber negative Regelenergie durch Stromabnehmer, welche kurzfristig dem Netz Strom entziehen.
EU-Richtlinie fordert Lastmanagement
Den Übertragungsnetzbetreibern stehen die drei Qualitätsstufen Primärregelenergie; Sekundärregelenergie und Minutenreserve zur Verfügung. Primärregelenergie wird zur schnellen Stabilisierung des Netzes innerhalb von 30s benötigt. Die Sekundärregelenergie muss innerhalb von 5min in voller Höhe zur Verfügung stehen. Minutenreserve wird zur Ablösung der Sekundärregelenergie eingesetzt, ist mit einer Vorlaufzeit von bis hinunter zu 7,5min zur erbringen und wird mindestens 15min lang in konstanter Höhe abgerufen. Lastmanagementanwendungen finden in denjenigen Ländern Europas statt, die die EU-Richtlinie 2012/27/EU zur Energieeffizienz, die u.a. die Einführung von Lastmanagement fordert, im nationalen Recht bereits umgesetzt haben. Gemäß des Jahresberichts 2014 von SEDC, Lobbygruppe für die Anwendung von Lastmanagement, ist dies heutzutage barrierefrei möglich nur in Belgien, Frankreich, Finnland, Großbritannien, Irland und in der Schweiz. Andere Länder Europas, darunter auch Deutschland, werden nach und nach folgen. Die Deutsche AbLastV (Verordnung zu abschaltbaren Lasten) ist eine im Dezember 2012 angenommene Verordnung, die die Nutzung von abschaltbaren Lasten in der Industrie zur Stabilisierung der Übertragungsnetze und somit zur Versorgungssicherheit fördern soll. Unter abschaltbaren Lasten versteht man stromintensive Industrieprozesse, die kurzfristig deaktiviert oder gedrosselt werden können, wenn die Stromnetzfrequenz dies erfordert. Die abschaltbaren Lasten finden sich insbesondere in der verarbeitenden Industrie, wie z.B. Papierfabriken, Kläranlagen, Zement- oder Stahlwerken. Die Industrieanlagen, die den Stromnetzbetreibern diese Flexibilität und Anpassungsfähigkeit anbieten, profitieren von den im AbLastV definierten Prämien in Höhe von 19.000E/MW pro Jahr für die Bereitstellung der Abschaltleistung und bis zu 400E/MWh für die tatsächlich ersparte Energie.
