Hintergrund

Energiewende

Im Rahmen des sich vollziehenden Wandels in der Energieversorgung in Deutschland, der geprägt ist von einer abnehmenden Anzahl konventioneller Großkraftwerke bei einem gleichzeitig zunehmenden Anteil regenerativer Energieerzeuger sowie Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung mit größtenteils dezentralem Standort, ergeben sich betreffend Systemdienstleistungen unterschiedliche Herausforderungen für eine stabile Netzführung. Viele bekannte Grundsätze für die Gestaltung der Energieversorgung in Deutschland verlieren durch die Änderungen die durch die Energiewende hervorgerufen werden ihre Gültigkeit und müssen durch neue Ansätze und Vorgehensweisen abgelöst werden.

Herausforderungen

Stromproduktion und Börsenstrompreise in Deutschland im April 2017 (Quelle: Fraunhofer ISE)

Die Änderungen innerhalb der Energielandschaft führen zu neuen Herausforderungen. Beispielsweise führt der stark volatile Charakter der Energieeinspeisung durch erneuerbare Energien in Verbindung mit deren meist dezentraler Lage zu starken Schwankungen der Auslastung der Betriebsmittel im elektrischen Energiesystem. Um diese Schwankungen auszugleichen werden von den hierfür zuständigen Übertragungsnetzbetreibern immer häufiger und immer mehr Systemdienstleistungen in Form von Regelleistung oder Blindleistung benötigt. Diese Dienstleistungen sind notwendig um den sicheren und zuverlässigen Betrieb unserer Netze auch in Zukunft gewährleisten zu können. Weitere Herausforderungen betreffen vorwiegend die „unteren“ Netz-ebenen der Mittel- und Niederspannung (MS, NS) und stellen eine regionale bzw. lokale Herausforderung dar. Zum einen treten durch die dezentrale Aufstellung der neuen Erzeugungsanlagen vermehrt regionale Spannungsprobleme auf, da die MS- und NS-Netze in der Vergangenheit nicht für eine hohe Einspeisung und eine Umkehr der Lastflussrichtung ausgelegt wurden. Weiterhin führt die starke Schwankung in der Erzeugung zu einer starken Fluktuation der Strompreise, die zum einen eine Herausforderung für die bestehenden Konzepte für klassische Energievermarktung darstellen zum anderen aber auch eine Chance für die Entwicklungen von neuen Modellen und Märkten bieten.

Lösungen

Produktionsanlagen und ganze Industrieprozesse beinhalten ungenutzte Potenziale zur Flexibilisierung des Energieverbrauchs von Produktionsstätten (Demand Side Management – DSM). Über eine Ertüchtigung der entsprechenden Prozessabläufe und -anlagen könnten systemrelevante Netzdienstleistungen in großem Umfang kosteneffizient bereitgestellt werden. Durch funktionale Speicher (elektrisch, aber auch z.B. thermisch, hydraulisch, pneumatisch) innerhalb von Produktionsprozessen können über automatische Steuerungskonzepte viele Anlagen ohne Beeinflussung der Produktivität für die Bereitstellung von Regelleistung (Frequenzhaltung) sowie zur Unterstützung der regionalen Spannungshaltung eingesetzt werden. Für längerfristige Lastmanagementprozesse bieten sich zudem Änderungen in der Fertigungsreihenfolge durch eine intelligente Produktionsplanung an. Neben den extern motivierten Beiträgen zur Netzstabilität generiert die Energieflexibilität auch Vorteile für Fabrikbetreiber: Durch die Anwendung von Flexibilitätsmaßnahmen können die energiebezogenen Betriebskosten zukünftig reduziert werden, indem die starken Schwankungen der Strompreise ausgenutzt werden, wenn beispielsweise Anteile der bezogenen elektrischen Energie aus Hochtarifzeiten in Niedertarifzeiten verschoben werden können.

Bausteine zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende und Bestandteile der PHI-Factory (blau hervorgehoben)