Design von virtuellen Kraftwerken

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Design von virtuellen Kraftwerken

Grundsätzlich können mit dem Betrieb von virtuellen Kraftwerken unterschiedliche Ziele verfolgt werden. Entsprechend muss auch das Design des jeweiligen virtuellen Kraftwerkes gestaltet werden. Auch das Portfolio an Anlagen zur Erzeugung von Energie innerhalb des virtuellen Kraftwerkes beeinflussen sowohl die Risiko- als auch die Anforderungsprofile und somit die Ausgestaltung des virtuellen Kraftwerkes als solches.[1]

Das Anforderungsprofil setzt sich dabei aus dem Investitionsvolumen, dem Know-how, den Organisations- sowie den Kontrollfunktionen zusammen und repräsentiert entsprechend die Komplexität des jeweiligen Kraftwerkes. Eine Verknüpfung von unterschiedlichen Anlagetypen und beispielsweise die Bereitstellung von Regelenergie bei zeitgleicher Vermarktung von Strom an der Strombörse führt zu einem komplexen Anforderungsprofil.

Hingegen wird das Risikoprofil im Kontext von virtuellen Kraftwerken durch das Preis-, Anpassungs- und Mengenrisiko beeinflusst. Das Risikoprofil kann dabei aus den Daten, die sich aus dem Anforderungsprofil ergeben, abgeleitet werden. Entsprechend ist eine Steuerung der Risiken, die sich aus den zuvor festgelegten Anforderungen ergeben, möglich.[2]

Durch die Ausnutzung von Synergieeffekten aus der Kombination unterschiedlicher Anlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie kann das Risiko gesenkt werden. Dabei sollte eine effektive und effiziente Steuerung durch die sogenannten Smart Grids erfolgen. Werden die damit verbundenen Ziele erreicht, können auch hinsichtlich der Investitionen hohe Amortisationsraten erreicht werden.[3]

Durch die Erstellung eines Dimensionsprofils können die ausschlaggebenden Entscheidungsgrößen für die spätere Umsetzung des Projektes dargestellt werden. Somit können die Auswirkungen unterschiedlicher Projekte überprüft werden. Hierbei sind die Fragestellungen zu klären, welchen Zweck das virtuelle Kraftwerk erfüllen soll und welche Ressourcen hierzu benötigt werden. Somit kann eine ganzheitliche Betrachtung von virtuellen Kraftwerken erfolgen.[4] Dies kann anhand der nachfolgenden Beispiele verdeutlicht werden:

 

Dimensionen Virtuelles Kraftwerk 1 Virtuelles Kraftwerk 2
„Möglichkeiten und Ziele des betrieblichen Einsatzes CO2-Reduktion mittels Einsparung fossiler Primär Energieträger Einsparung fossiler Primär Energieträger, CO2-Reduktion, Bereitstellung von Regelenergie und Maßnahmen zur Effizienzsteigerung
Vermarktungs- und Vergütungsansätze Vermarktung auf Grundlage der gesetzlichen Mindestvergütung und der Abnahmepflicht gemäß EEG Vermarktung auf Grundlage der gesetzlichen Mindestvergütung und der Abnahmepflicht gemäß EEG und KWKG, Handel am Spotmarkt der EEX, Vermarktung von Regelenergie
Zielmodell und Strategie der zu verwendenden Erzeugungs- und Speichertechnologien Offshore-Windpark mit einer Gesamtleistung von 30 MW (6 Anlagen á 6 MW) und zwei Onshore-Windparks mit jeweils 15 MW Gesamtleistung (15 Anlagen á 1 MW) zwei Offshore-Windparks mit einer Gesamtleistung von 75 MW (13 Anlagen á 5 MW), 500 Mini-BHKWs mit einer Gesamtleistung von 25 MW, Gasturbine mit 200 MW Leistung
Strategie und Umsetzung der Informations- und Steuerungstechnologien dezentrale Steuerung: lokale Steuerung bei weitgehend homogener Anlagenstruktur in räumlicher Nähe, wenig Einflussmöglichkeiten bei begrenztem Aufwand Kontrollcenteransatz: zentrale Steuerung bei heterogener Anlagenstruktur mit starker räumlicher Steuerung, Bereitstellung von Daten für kommerzielle Verarbeitung
Betreiber- und Eigentumsmodelle das wirtschaftliche Eigentum sowie der Betrieb des Anlagenverbunds liegen bei einem einzigen Unternehmen Kontrolle und Steuerung des VK sowie das wirtschaftliche Eigentum der Windparks unter Gasturbine liegen bei einem einzigen Unternehmen, das wirtschaftliche Eigentum der Mini-BHKWs liegt bei mehreren Industrieunternehmen“

Tabelle 2: Dimensionenbetrachtung von zwei virtuellen Kraftwerken[5]

 

Aus diesen unterschiedlichen Dimensionen ergeben sich somit auch unterschiedliche Anforderungen und Risiken. Entsprechend ist es zunächst notwendig, dass der Betreiber den Zweck des virtuellen Kraftwerks, in einem nachfolgenden Schritt die Anforderungen festlegt und im Anschluss das Risiko Profil hieraus ableitet.

Das Anforderungsprofil beeinflusst entsprechend auch das Investitionsvolumen, das benötigte Know-how sowie die Organisations- und Kontrollfunktionen. Insgesamt kann abgeleitet werden, dass die Anforderungen mit zunehmender Komplexität, Leistung und Heterogenität eines virtuellen Kraftwerkes ansteigen. Im Weiteren kann abgeleitet werden, dass je geringer die Möglichkeiten der Anpassung bzw. Reaktion auf die volatile Stromnachfrage ist, desto größer fällt auch das Anpassungsrisiko aus. Das Mengenrisiko ergibt sich hingegen aus dem Portfolio und dem Anteil der Anlagen, die mithilfe regenerativer Energiequellen elektrische Energie produzieren.

 

[1] Vgl. Nagel, J. (2017) Energie- und Ressourceninnovation: Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende, o. S.

[2] Vgl. Nagel, J. (2017) Energie- und Ressourceninnovation: Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende, o. S.

[3] Vgl. Doleski, O. D. (Hrsg.) (2017) Herausforderung Utility 4.0: Wie sich die Energiewirtschaft im Zeitalter der Digitalisierung verändert, S. 37ff

[4] Vgl. Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 13

[5] Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 14.

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