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Virtuelle kraftwerke

E
EuWo GmbH

In der heutigen Zeit nimmt das Thema der Nutzung von erneuerbaren Energien eine immer größer werdende Bedeutung an. Dies bezieht sich nicht nur auf den unternehmerischen Kontext, sondern auch auf Privathaushalte. Diese werden mitunter auch durch Vorgaben des Gesetzesgebers dazu angehalten, einen zunehmenden Fokus auf die Einsparung sowie Nutzung von erneuerbaren Energien zu legen. Dies gilt insbesondere für den Neubau von Wohnimmobilien. Entsprechend müssen sich Bauherren bereits vor der Errichtung von Immobilien damit befassen, welche Möglichkeiten existieren, um die Vorgaben des Gesetzgebers umzusetzen. Während heutzutage oftmals Solaranlagen, Wärmepumpen oder Wärmekollektoren eingesetzt werden, um Häuser mit Energie zu versorgen, nimmt unter anderem aufgrund sinkender Anschaffungskosten auch die Nachfrage nach Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung stetig zu. Unabhängig davon, ob Strom mittels Solaranlagen oder Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt wird, besteht stets die Problematik, dass der tatsächliche Energiebedarf in den Haushalten von dem eigens erzeugten Stromangebot abweicht. Dies bedeutet, dass entweder zusätzlicher Strom benötigt wird oder überschüssiger Strom zur Verfügung gestellt werden kann. Während der durch zentrale Kraftwerke erzeugte Strom bisher über lange Strecken hinweg transportiert werden musste, besteht bei der Nutzung von Kleinanlagen zur Energieerzeugung letztendlich auch die Möglichkeit, den produzierten Strom lokal zur Verfügung zu stellen. Dies ist jedoch auch mit einer gewissen Herausforderung verbunden, denn die Belieferung der Haushalte mit einer ausreichenden Menge Strom muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden. Um dieser Problematik zu entgegnen, besteht die Möglichkeit mehrere Kleinanlagen zur Erzeugung von erneuerbaren Energien zu einem sogenannten virtuellen Kraftwerk zu bündeln. Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit soll dargestellt werden, welche Möglichkeiten virtuelle Kraftwerke heutzutage bieten. Hierbei wird sowohl auf die technischen als auch auf die wirtschaftlichen Aspekte eingegangen. In diesem Kontext soll auch überprüft werden, ob virtuelle Kraftwerke dazu geeignet sind, das bisherige System des Strommarktes mittel- oder zumindest langfristig zu verändern. All Rights Reserved Thomas Eulenpesch EuWo GmbH Thielenstraße 46 47574 Goch Info@EuWo.eu https://www.EuWo.eu

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NUTZUNG VIRTUELLER KRAFTWERKE ZUR
BEWÄLTIGUNG ZUKÜNFTIGER PROBLEME IN
DER ENERGIEVERSORUNG
EuWo GmbH
Thomas Eulenpesch
Thielenstraße 46
47574 Goch
Info@EuWo.eu
www.EuWo.eu
ii
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................................... III
TABELLENVERZEICHNIS................................................................................... III
1 EINLEITUNG.................................................................................................1
1.1 THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG.............................................2
1.2 DARSTELLUNG DER METHODEN UND THEORETISCHE ANSÄTZE........2
2 GRUNDLAGEN ..............................................................................................3
2.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHEN HAUSHALTEN..........................3
2.2 DEZENTRALE ENERGIEVERSORGUNG ................................................5
2.3 REGELENERGIEBEDARF UND ARTEN DER REGELLEISTUNG ...............8
3 VIRTUELLE KRAFTWERKE..........................................................................1
3.1 FUNKTIONSWEISE VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN ........................1
3.2 VERKNÜPFUNG UND STEUERUNG VON DEZENTRALEN ANLAGEN ZUR
ENERGIEERZEUGUNG ....................................................................................4
3.2.1 Einsatz von sogenannten Smart Grids ...............................4
3.2.2 Design von virtuellen Kraftwerken....................................6
4 VIRTUELLE KRAFTWERKE IM EINSATZ ...................................................11
4.1 NUTZUNG VON KLEINEN KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGEN....11
4.2 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN ............................................13
4.3 OPTIMIERUNG DER ENERGIEBEREITSTELLUNG UND VERMEIDUNG
VON LASTÜBERHÄNGEN UND STROMAUSFÄLLEN .......................................14
5 CHANCEN UND MÖGLICHKEITEN VIRTUELLER KRAFTWERKE ...............15
6 PRAKTISCHER EINSATZ VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN AM BEISPIEL
DER STADT UNNA..............................................................................................18
7 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN.....................19
8 FAZIT .........................................................................................................25
9 LITERATUR ................................................................................................27
iii
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte
(1990 bis 2015) ...................................................................................................4
Abbildung 2: Beispiel eines Smart Grid .............................................................5
Abbildung 3: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 1.........................9
Abbildung 4: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 2.........................9
Abbildung 5: CO2-Emissionen für die Strom- und Wärmebereitstellung mit
ausgewählten Mikro-KWK-Anlagen, eigene Darstellung nach /FFE-12 07/ ..17
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Überblick: Regelenergiearten ..........................................................11
Tabelle 2: Dimensionenbetrachtung von zwei virtuellen Kraftwerken ..............8
Tabelle 3: Anfangsinvestitionen .......................................................................19
Tabelle 4: Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung...............................22
Tabelle 5: Investitionsrechnung des Beispielszenarios.....................................23
Tabelle 6: Kennzahlen des Beispielszenarios ...................................................24
1
1 EINLEITUNG
In der heutigen Zeit nimmt das Thema der Nutzung von erneuerbaren Energien eine
immer größer werdende Bedeutung an. Dies bezieht sich nicht nur auf den
unternehmerischen Kontext, sondern auch auf Privathaushalte. Diese werden
mitunter auch durch Vorgaben des Gesetzesgebers dazu angehalten, einen
zunehmenden Fokus auf die Einsparung sowie Nutzung von erneuerbaren Energien
zu legen.
Dies gilt insbesondere für den Neubau von Wohnimmobilien. Entsprechend müssen
sich Bauherren bereits vor der Errichtung von Immobilien damit befassen, welche
Möglichkeiten existieren, um die Vorgaben des Gesetzgebers umzusetzen.
Während heutzutage oftmals Solaranlagen, Wärmepumpen oder Wärmekollektoren
eingesetzt werden, um Häuser mit Energie zu versorgen, nimmt unter anderem
aufgrund sinkender Anschaffungskosten auch die Nachfrage nach Anlagen mit
Kraft-Wärme-Kopplung stetig zu.
Unabhängig davon, ob Strom mittels Solaranlagen oder Kraft-Wärme-Kopplung
erzeugt wird, besteht stets die Problematik, dass der tatsächliche Energiebedarf in
den Haushalten von dem eigens erzeugten Stromangebot abweicht. Dies bedeutet,
dass entweder zusätzlicher Strom benötigt wird oder überschüssiger Strom zur
Verfügung gestellt werden kann.
Während der durch zentrale Kraftwerke erzeugte Strom bisher über lange Strecken
hinweg transportiert werden musste, besteht bei der Nutzung von Kleinanlagen zur
Energieerzeugung letztendlich auch die Möglichkeit, den produzierten Strom lokal
zur Verfügung zu stellen. Dies ist jedoch auch mit einer gewissen Herausforderung
verbunden, denn die Belieferung der Haushalte mit einer ausreichenden Menge
Strom muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden.
Um dieser Problematik zu entgegnen, besteht die Möglichkeit mehrere
Kleinanlagen zur Erzeugung von erneuerbaren Energien zu einem sogenannten
virtuellen Kraftwerk zu bündeln.
2
Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit soll dargestellt werden, welche
Möglichkeiten virtuelle Kraftwerke heutzutage bieten. Hierbei wird sowohl auf die
technischen als auch auf die wirtschaftlichen Aspekte eingegangen. In diesem
Kontext soll auch überprüft werden, ob virtuelle Kraftwerke dazu geeignet sind, das
bisherige System des Strommarktes mittel- oder zumindest langfristig zu
verändern.
1.1 THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG
Zum Thema virtuelle Kraftwerke sind bereits diverse Veröffentlichungen
vorzufinden. Unter anderem hat sich auch der VDE (Verband der Elektrotechnik
Elektronik Informationstechnik e. V.) mit der Thematik der virtuellen Kraftwerke
befasst. Auch, wenn bereits eine gewisse Anzahl an Veröffentlichungen zu diesem
Thema existiert, handelt es sich um eine vergleichsweise Thematik im
Zusammenhang mit dem Strommarkt.
Bei einer ersten Sichtung von Literaturquellen konnte jedoch auch festgestellt
werden, dass die Autoren davon ausgehen, dass diese Form der Bereitstellung von
Energie insbesondere auch im Kontext der erneuerbaren Energien zunehmend an
Bedeutung gewinnt. Daher ist auch mit einer zunehmenden Wichtigkeit dieser
Thematik für die langfristige Sicherung der Energiebereitstellung in Deutschland
und anderen Ländern zu rechnen.
1.2 DARSTELLUNG DER METHODEN UND THEORETISCHE
ANSÄTZE
Für die Erstellung dieser wissenschaftlichen Arbeit werden Primärliteraturquellen
in Form von Fachbüchern und Artikel aus Fachzeitschriften ausgewertet. Basierend
auf den ausgewerteten Informationen sollen eigene Erkenntnisse in Bezug auf die
Thematik der Nutzung von virtuellen Kraftwerken abgeleitet werden.
3
2 GRUNDLAGEN
2.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHEN HAUSHALTEN
Im Jahr 2015 wurden durch die deutschen Privathaushalte ungefähr 636
Terawattstunden Energie verbraucht. Dies entspricht ungefähr einem Viertel des
gesamten Energieverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland. Seit dem Jahre
1990 ist dieser Verbrauch jedoch bereits um rund 4 % gesunken. Die Höhe wird
dabei auch von den klimatischen Bedingungen beeinflusst.1
Rund Zweidrittel des Energieverbrauchs entfällt dabei auf die Beheizung von
Wohnräumen. Hierfür werden überwiegend Erdgas und Mineralöl verwendet. Im
Weiteren werden auch erneuerbare Energien und Fernwärme sowie in geringen
Teilen elektrische Energie und Kohle zur Beheizung der Wohnräume eingesetzt.
Ein weiterer Energieverbrauch ergibt sich aus der Erwärmung von Wasser, aber
auch aus der Kühlung von Wohnräumen. Auf die Beleuchtung der Wohnräume
entfällt lediglich rund 1,7% des Endenergiebedarfes.
Obwohl der Endenergieverbrauch nur marginal gesunken ist, konnten die
Kohlendioxidemissionen der privaten Feuerungsanlagen von 129 Millionen
Tonnen im Jahre 1990 auf 85 Millionen Tonnen im Jahr 2015, was einer Reduktion
von rund 34 % entspricht, deutlich zurückgefahren werden. Dies konnte
insbesondere durch Modernisierung von Heizungsanlagen und dem damit
gesunkenen Verbrauch an fossilen Energieträgern sowie dem zunehmenden Einsatz
von erneuerbaren Energien in Form von Wärmepumpen oder einer
Solarunterstützung der Heizungsanlagen mittels Wärmekollektoren erreicht
werden.2
Bei der Betrachtung einzelner Haushalte ergibt sich jedoch das Bild, dass
aufgrund des Trends zu größeren Wohnflächen und einer geringeren Anzahl von
Haushaltsmitgliedern, der durchschnittliche Energieverbrauch pro Haushalt
ansteigt. Dieser Trend wird jedoch dadurch aufgehalten, dass eine zunehmende
energetische Modernisierung von Gebäuden stattfindet und auch immer effizientere
Technologien und Leuchtmittel eingesetzt werden.
1
Vgl. Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte.
2
Vgl. Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte.

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  • 1. NUTZUNG VIRTUELLER KRAFTWERKE ZUR BEWÄLTIGUNG ZUKÜNFTIGER PROBLEME IN DER ENERGIEVERSORUNG EuWo GmbH Thomas Eulenpesch Thielenstraße 46 47574 Goch Info@EuWo.eu www.EuWo.eu
  • 2. ii INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................................... III TABELLENVERZEICHNIS................................................................................... III 1 EINLEITUNG.................................................................................................1 1.1 THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG.............................................2 1.2 DARSTELLUNG DER METHODEN UND THEORETISCHE ANSÄTZE........2 2 GRUNDLAGEN ..............................................................................................3 2.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHEN HAUSHALTEN..........................3 2.2 DEZENTRALE ENERGIEVERSORGUNG ................................................5 2.3 REGELENERGIEBEDARF UND ARTEN DER REGELLEISTUNG ...............8 3 VIRTUELLE KRAFTWERKE..........................................................................1 3.1 FUNKTIONSWEISE VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN ........................1 3.2 VERKNÜPFUNG UND STEUERUNG VON DEZENTRALEN ANLAGEN ZUR ENERGIEERZEUGUNG ....................................................................................4 3.2.1 Einsatz von sogenannten Smart Grids ...............................4 3.2.2 Design von virtuellen Kraftwerken....................................6 4 VIRTUELLE KRAFTWERKE IM EINSATZ ...................................................11 4.1 NUTZUNG VON KLEINEN KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGEN....11 4.2 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN ............................................13 4.3 OPTIMIERUNG DER ENERGIEBEREITSTELLUNG UND VERMEIDUNG VON LASTÜBERHÄNGEN UND STROMAUSFÄLLEN .......................................14 5 CHANCEN UND MÖGLICHKEITEN VIRTUELLER KRAFTWERKE ...............15 6 PRAKTISCHER EINSATZ VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN AM BEISPIEL DER STADT UNNA..............................................................................................18 7 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN.....................19 8 FAZIT .........................................................................................................25 9 LITERATUR ................................................................................................27
  • 3. iii ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte (1990 bis 2015) ...................................................................................................4 Abbildung 2: Beispiel eines Smart Grid .............................................................5 Abbildung 3: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 1.........................9 Abbildung 4: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 2.........................9 Abbildung 5: CO2-Emissionen für die Strom- und Wärmebereitstellung mit ausgewählten Mikro-KWK-Anlagen, eigene Darstellung nach /FFE-12 07/ ..17 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Überblick: Regelenergiearten ..........................................................11 Tabelle 2: Dimensionenbetrachtung von zwei virtuellen Kraftwerken ..............8 Tabelle 3: Anfangsinvestitionen .......................................................................19 Tabelle 4: Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung...............................22 Tabelle 5: Investitionsrechnung des Beispielszenarios.....................................23 Tabelle 6: Kennzahlen des Beispielszenarios ...................................................24
  • 4. 1 1 EINLEITUNG In der heutigen Zeit nimmt das Thema der Nutzung von erneuerbaren Energien eine immer größer werdende Bedeutung an. Dies bezieht sich nicht nur auf den unternehmerischen Kontext, sondern auch auf Privathaushalte. Diese werden mitunter auch durch Vorgaben des Gesetzesgebers dazu angehalten, einen zunehmenden Fokus auf die Einsparung sowie Nutzung von erneuerbaren Energien zu legen. Dies gilt insbesondere für den Neubau von Wohnimmobilien. Entsprechend müssen sich Bauherren bereits vor der Errichtung von Immobilien damit befassen, welche Möglichkeiten existieren, um die Vorgaben des Gesetzgebers umzusetzen. Während heutzutage oftmals Solaranlagen, Wärmepumpen oder Wärmekollektoren eingesetzt werden, um Häuser mit Energie zu versorgen, nimmt unter anderem aufgrund sinkender Anschaffungskosten auch die Nachfrage nach Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung stetig zu. Unabhängig davon, ob Strom mittels Solaranlagen oder Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt wird, besteht stets die Problematik, dass der tatsächliche Energiebedarf in den Haushalten von dem eigens erzeugten Stromangebot abweicht. Dies bedeutet, dass entweder zusätzlicher Strom benötigt wird oder überschüssiger Strom zur Verfügung gestellt werden kann. Während der durch zentrale Kraftwerke erzeugte Strom bisher über lange Strecken hinweg transportiert werden musste, besteht bei der Nutzung von Kleinanlagen zur Energieerzeugung letztendlich auch die Möglichkeit, den produzierten Strom lokal zur Verfügung zu stellen. Dies ist jedoch auch mit einer gewissen Herausforderung verbunden, denn die Belieferung der Haushalte mit einer ausreichenden Menge Strom muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden. Um dieser Problematik zu entgegnen, besteht die Möglichkeit mehrere Kleinanlagen zur Erzeugung von erneuerbaren Energien zu einem sogenannten virtuellen Kraftwerk zu bündeln.
  • 5. 2 Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit soll dargestellt werden, welche Möglichkeiten virtuelle Kraftwerke heutzutage bieten. Hierbei wird sowohl auf die technischen als auch auf die wirtschaftlichen Aspekte eingegangen. In diesem Kontext soll auch überprüft werden, ob virtuelle Kraftwerke dazu geeignet sind, das bisherige System des Strommarktes mittel- oder zumindest langfristig zu verändern. 1.1 THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG Zum Thema virtuelle Kraftwerke sind bereits diverse Veröffentlichungen vorzufinden. Unter anderem hat sich auch der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.) mit der Thematik der virtuellen Kraftwerke befasst. Auch, wenn bereits eine gewisse Anzahl an Veröffentlichungen zu diesem Thema existiert, handelt es sich um eine vergleichsweise Thematik im Zusammenhang mit dem Strommarkt. Bei einer ersten Sichtung von Literaturquellen konnte jedoch auch festgestellt werden, dass die Autoren davon ausgehen, dass diese Form der Bereitstellung von Energie insbesondere auch im Kontext der erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung gewinnt. Daher ist auch mit einer zunehmenden Wichtigkeit dieser Thematik für die langfristige Sicherung der Energiebereitstellung in Deutschland und anderen Ländern zu rechnen. 1.2 DARSTELLUNG DER METHODEN UND THEORETISCHE ANSÄTZE Für die Erstellung dieser wissenschaftlichen Arbeit werden Primärliteraturquellen in Form von Fachbüchern und Artikel aus Fachzeitschriften ausgewertet. Basierend auf den ausgewerteten Informationen sollen eigene Erkenntnisse in Bezug auf die Thematik der Nutzung von virtuellen Kraftwerken abgeleitet werden.
  • 6. 3 2 GRUNDLAGEN 2.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHEN HAUSHALTEN Im Jahr 2015 wurden durch die deutschen Privathaushalte ungefähr 636 Terawattstunden Energie verbraucht. Dies entspricht ungefähr einem Viertel des gesamten Energieverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland. Seit dem Jahre 1990 ist dieser Verbrauch jedoch bereits um rund 4 % gesunken. Die Höhe wird dabei auch von den klimatischen Bedingungen beeinflusst.1 Rund Zweidrittel des Energieverbrauchs entfällt dabei auf die Beheizung von Wohnräumen. Hierfür werden überwiegend Erdgas und Mineralöl verwendet. Im Weiteren werden auch erneuerbare Energien und Fernwärme sowie in geringen Teilen elektrische Energie und Kohle zur Beheizung der Wohnräume eingesetzt. Ein weiterer Energieverbrauch ergibt sich aus der Erwärmung von Wasser, aber auch aus der Kühlung von Wohnräumen. Auf die Beleuchtung der Wohnräume entfällt lediglich rund 1,7% des Endenergiebedarfes. Obwohl der Endenergieverbrauch nur marginal gesunken ist, konnten die Kohlendioxidemissionen der privaten Feuerungsanlagen von 129 Millionen Tonnen im Jahre 1990 auf 85 Millionen Tonnen im Jahr 2015, was einer Reduktion von rund 34 % entspricht, deutlich zurückgefahren werden. Dies konnte insbesondere durch Modernisierung von Heizungsanlagen und dem damit gesunkenen Verbrauch an fossilen Energieträgern sowie dem zunehmenden Einsatz von erneuerbaren Energien in Form von Wärmepumpen oder einer Solarunterstützung der Heizungsanlagen mittels Wärmekollektoren erreicht werden.2 Bei der Betrachtung einzelner Haushalte ergibt sich jedoch das Bild, dass aufgrund des Trends zu größeren Wohnflächen und einer geringeren Anzahl von Haushaltsmitgliedern, der durchschnittliche Energieverbrauch pro Haushalt ansteigt. Dieser Trend wird jedoch dadurch aufgehalten, dass eine zunehmende energetische Modernisierung von Gebäuden stattfindet und auch immer effizientere Technologien und Leuchtmittel eingesetzt werden. 1 Vgl. Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte. 2 Vgl. Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte.
  • 7. 4 Abbildung 1: Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte (1990 bis 2015)3 3 Vgl. Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte.
  • 8. 5 2.2 DEZENTRALE ENERGIEVERSORGUNG Bei der sogenannten dezentralen Energieversorgung erfolgt eine verbrauchernahe Produktion der benötigten Energie. Somit steht diese Form der Energieerzeugung im Gegensatz zur klassischen Form der Energieerzeugung in großen Kraftwerken.4 Für die dezentrale Erzeugung von Energie war in den vergangenen Jahren auch ein zunehmender technischer Fortschritt, insbesondere im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnik, aber auch im Bereich der dafür notwendigen Erzeugungsanlagen notwendig. Beispielsweise konnte erst durch eine Vernetzung von Anlagen eine effizientere Bereitstellung und Nutzung von Energie erreicht werden. Auch wird beispielsweise eine Steuerung von Windkraftanlagen erst mittels Netzwerk- und Mobilfunkinfrastrukturen ermöglicht. Im Weiteren gewann die dezentrale Energieversorgung zunehmend an Bedeutung durch die zunehmende Liberalisierung der Energiemärkte sowie das verstärkte Bewusstsein der Bürgerinnen und Bürger für umweltpolitische Aspekte und den schonenden Einsatz von Ressourcen.5 Somit kann die dezentrale Energieversorgung als Abkehr von der bestehenden Top- Down-Versorgungsstruktur mit zentralen Kraftwerken hin zu einer Stromerzeugung im sogenannten Downstream-Bereich der Wertschöpfungskette angesehen werden. Ein wichtiger Faktor für die dezentrale Energieversorgung ist, wie bereits zuvor erwähnt, die Liberalisierung des Strommarktes in Deutschland gewesen. Bis zu den 1990ern war der deutsche Strommarkt durch eine zentrale Struktur geprägt, die von wenigen Energieversorgungsunternehmen dominiert wurde. Durch ihre Quasi 4 Vgl. Brauner, G. (2016) Energiesysteme: regenerativ und dezentral: Strategien für die Energiewende, S. 158ff. 5 Vgl. Brauner, G. (2016) Energiesysteme: regenerativ und dezentral: Strategien für die Energiewende, S. 151ff.
  • 9. 6 Monopolstellung erfolgte auch nur in einem sehr geringen Umfang eine technische Weiterentwicklung.6 Erst durch die europäische Gesetzgebung und die damit verbundene Neuregelung des Energiewirtschaftsrechts wurden die Grundsteine für eine Liberalisierung des Strommarktes gelegt. Ziel hierbei war es einerseits eine verbraucherfreundliche, aber auch eine umweltverträgliche und leistungsgebundene Versorgung der Öffentlichkeit mit Energie sicherzustellen. Dabei wurde der Fokus auf einen zunehmenden Einsatz von erneuerbaren Energien gelegt.7 Die Liberalisierung des deutschen bzw. des europäischen Strommarktes führte entsprechend auch zu einem zunehmenden Marktwettbewerb. In diesem Kontext muss jedoch auch hervorgehoben werden, dass die Versorgungssicherheit für die Bürgerinnen und Bürger, aber auch für die Unternehmen von grundlegender Bedeutung ist. In den vergangenen Jahren hat der Anteil von dezentralen Energieanlagen stetig zugenommen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Windenergie- und Photovoltaikanlagen sowie um Blockheiz- und Biogaskraftwerke. Aber auch kleinere Wasserkraftwerke und die Nutzung von Brennstoffzellentechnologien erfreuen sich einer zunehmenden Beliebtheit.8 Durch die zunehmende Anzahl von dezentralen Energieanlagen, die mitunter auch von lokalen Stadtwerken betrieben werden, soll die Versorgungssicherheit entsprechend gewährleistet werden. Meist handelt es sich dabei um das Angebot von nachhaltiger und regenerativer Energie, dessen Preise zumindest in den vergangenen Jahren noch oberhalb der Preise für konventionelle Energie lagen. 6 Vgl. Nestle, D. (2007) Energiemanagement in der Niederspannungsversorgung mittels dezentraler Entscheidung: Konzept, Algorithmen, Kommunikation und Simulation, S. 13. 7 Vgl. Synwoldt, C. (2016) Dezentrale Energieversorgung mit regenerativen Energien: Technik, Märkte, kommunale Perspektiven, S. 389. 8 Vgl. Eiselt, J. (2012) Dezentrale Energiewende: Chancen und Herausforderungen, S. 112.
  • 10. 7 Aufgrund der beschränkten Energiedichte sind diese Kraftwerke entsprechend auch dezentral angesiedelt. Andererseits wird sowohl in der Bevölkerung als auch in der Politik ein zunehmender Fokus auf den Einsatz von regenerativen Energieträgern gelegt. Ziel ist es in Zukunft auf Energieträger wie Kohle, Kernkraft und andere fossile Brennstoffe bei der Energieerzeugung zu verzichten.9 Die zunehmende Liberalisierung des deutschen Strommarktes zeigt somit, dass in Zukunft die Stromerzeugung durch eine zunehmende Anzahl von dezentralen Energieanlagen in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen soll. Damit nimmt auch der Bedarf an Großkraftwerken an zentralen Standorten stetig ab. Damit jedoch die Versorgungssicherheit jederzeit gewährleistet werden kann, müssen individuelle Lösungen unter Berücksichtigung der spezifischen Gegebenheiten vor Ort erarbeitet werden. Insgesamt kann die Sicherung der Versorgungssicherheit in den kommenden Jahren des zunehmenden Einsatzes von erneuerbaren Energien, die wie beispielsweise Windkraftanlagen nur beschränkt steuerbar sind, als Herausforderung für den Strommarkt angesehen werden.10 Durch die Liberalisierung des Strommarktes wurde jedoch nur der Einsatz erneuerbarer Energien wie Windkraft- und Solaranlagen gefördert. Eine Förderung von Blockheizkraftwerken, die mit fossilen Energieträgern betrieben werden, fand hingegen nicht statt. Vielmehr wurde der Betrieb derartiger Anlagen durch die Liberalisierung und der damit im Zusammenhang stehenden Einspeisevorrang erschwert. Gemäß der erneuerbare-Energie-Gesetze haben erneuerbare Energien stets einen Vorrang bei der Netzeinspeisung.11 Somit werden durch dieses Gesetz auch dezentrale Kraftwerke, die fossile Energieträger nutzen, benachteiligt. Jedoch wird dieser Einspeisevorrang zunehmend durch die europäische Kommission kritisiert. In diesem Zusammenhang deuten Pläne der europäischen Kommission darauf hin, dass dieser Einspeisevorrang abgeschafft wird, sobald der 9 Vgl. Synwoldt, C. (2016) Dezentrale Energieversorgung mit regenerativen Energien: Technik, Märkte, kommunale Perspektiven, S. 82ff. 10 Vgl. Karl, J. (2006) Dezentrale Energiesysteme: Neue Technologien im liberalisierten Energiemarkt, 2. Auflage, S. 269. 11 Vgl. Die Bundesregierung (2013) Energiewende: Energie-Lexikon: Einspeisevorrang.
  • 11. 8 Ökostrom einen Anteil von 15 %, gemessen an dem gesamten in Europa erzeugten Volumen elektrischer Energie, erreicht wird.12 Durch diese geplanten Vorgaben der europäischen Kommission soll entsprechend ein besserer Wettbewerb für alle Energieerzeuger erreicht werden. Dennoch muss dies auch kritisch betrachtet werden, denn bereits jetzt ist zu erkennen, dass Investitionen in erneuerbare Energien auf dem europäischen Markt zurückgefahren werden, was sich entsprechend nachteilig im Kontext des zunehmenden Klimawandels und der Umsetzung von geeigneten Maßnahmen in diesem Zusammenhang auswirkt.13 2.3 REGELENERGIEBEDARF UND ARTEN DER REGELLEISTUNG In Europa sind die Stromnetze über die Landesgrenzen hinweg miteinander verbunden. Das europäische Stromnetz mit der Bezeichnung UCTE (Union fort he Co-ordination of Transmission of Electricity) splittet sich nicht nur auf die einzelnen Länder, sondern kann auch innerhalb von ihnen in weitere Teilnetze unterteilt werden. Für die jeweiligen Teilnetze tragen die Übertragungsnetzbetreiber die Verantwortung. Innerhalb der Bundesrepublik Deutschland existieren insgesamt vier Teilnetze, die auch als Regelzonen bezeichnet werden. Diese Netze werden durch Amprion, 50 Hertz Transmission, Gesellschaft transpower Stromübertragungs GmbH und TransnetBW betrieben.14 Die jeweiligen Netzbetreiber haben zur Aufgabe, die Netze instand zu halten, sie auszubauen, die Spannung und Netzfrequenz aufrechtzuerhalten und die Einspeisung und Entnahme des elektrischen Stroms zu messen. Entsprechend müssen die Betreiber für eine ausgeglichene Leistungsbilanz sorgen. Zum 12 Vgl. Bundesverband erneuerbare Energien e.V. (2016) Einspeisevorrang für saubere Energien erhalten. 13 Vgl. IG Windkraft (2017) Änderung der Erneuerbaren-Richtlinie: Stellungnahme der IG Windkraft, S. 2ff. 14 Vgl. Heuck, K., Dettmann, K.-D., Schulz, D. (2013) Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis, 9. Auflage, S. 4.
  • 12. 9 Ausgleich ist es entsprechend notwendig, dass die Betreiber in unterschiedlichen Zeitintervallen die sogenannte Regelleistung bereitstellen.15 Ein so genannter Regelenergiebedarf ergibt sich dann, wenn eine Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage und somit eine Störung des Netzes vorliegt. Diese Netzstörung kann sich einerseits aufgrund erhöhter Stromnachfrage, aber auch aufgrund mangelnder Bereitstellung, beispielsweise durch einen Kraftwerksausfall oder durch stochastische Einspeisungsparameter wie beispielsweise einer Windflaute ergeben.16 Die sogenannte Regelleistung setzt dann ein, wenn die Frequenz von dem festgelegten Normwert von 50 Hz um mehr als 0,2 Hz abweicht. Bei einer negativen Abweichung müssen entweder Kraftwerke gedrosselt oder zusätzliche Verbraucher wie beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke eingeschaltet werden. Hingegen wird bei einer positiven Regelleistung zusätzlicher Strom benötigt, um die Frequenz wieder auf 50 Hz zu erhöhen. Dieser zusätzliche Strom kann durch das Einschalten von extra Kraftwerken, die Erhöhung der Leistung der sich am Netz befindlichen Kraftwerke oder beispielsweise auch durch die Aktivierung von Pumpspeicherkraftwerken und die damit verbundene Bereitstellung von zusätzlicher Energie ermöglicht werden.17 Nach den Vorgaben des europäischen Stromnetzes UCTE muss die Primärregelung im Sekundenbereich erfolgen, um eine automatische Stabilisierung des gesamten europäischen Stromnetzes zu erreichen. Dies wird durch eine Leistungserhöhung der sich am Netz befindlichen Kraftwerke oder durch selbstregelnde sich am Netz befindliche Lasten ermöglicht. Die zusätzliche Bereitstellung von Energie durch die aktiven Kraftwerke muss innerhalb von 30 Sekunden erfolgen und mindestens für einen Zeitraum von 15 Minuten ausreichen.18 15 Vgl. PricewaterhouseCoopers (Hrsg.) (2015) Regulierung in der deutschen Energiewirtschaft, 4. Auflage, S. 75. 16 Vgl. Doleski, O. D. (Hrsg.) (2017) Herausforderung Utility 4.0: Wie sich die Energiewirtschaft im Zeitalter der Digitalisierung verändert, S. 737. 17 Vgl. Lehnhoff, S. (2010) Dezentrales vernetztes Energiemanagement: Ein Ansatz auf Basis eines verteilten adaptiven Realzeit-Multiagentensystems, S. 27ff. 18 Vgl. Doleski, O. D. (Hrsg.) (2017) Herausforderung Utility 4.0: Wie sich die Energiewirtschaft im Zeitalter der Digitalisierung verändert, S. 737.
  • 13. 10 Nach maximal 10 Minuten wird dieser Primäreingriff durch die sogenannte Sekundärregelung ersetzt. Bei der Sekundärregelung muss ebenfalls nach 30 Sekunden Energie für einen Zeitraum von 15 Minuten bereitgestellt werden. Durch die Umschaltung auf die Sekundärregelung soll sichergestellt werden, dass die Primärregelung stets zur Verfügung steht. Sollte auch dann noch keine Stabilität des Stromnetzes vorliegen, wird auf die tertiäre Regelung umgeschaltet. Während die Sekundärregelung sich lediglich auf eine Regelzone bezieht, kann im Rahmen der Tertiärregelung zusätzliche Energie aus angrenzenden Regelzonen durch den Stromnetzbetreiber der betroffenen Regelzone angefordert werden. Die Einspeisung der zusätzlichen Energie erfolgt dabei auf Basis von Viertelstunden- Rasterfahrplänen. Nach Ablauf von einer Stunde nach Auftreten der Störung wird die Zuständigkeit auf den Bilanzkreisverantwortlichen übertragen. Hierbei wird auch die sogenannte Minutenreserve durch die Stundenreserve ersetzt.19 Die sogenannten Regelenergieanbieter müssen dabei sowohl technische als auch formelle Voraussetzungen, die im Transmission Code 2007 festgehalten sind, erfüllen. Hierfür müssen die Anbieter zunächst ein Qualifikationsverfahren durchlaufen, bevor ein Vertrag mit dem Übertragungsnetzbetreiber abgeschlossen werden kann. Der Bezug der Regel Energie wird dabei durch Ausschreibungen festgelegt.20 Die Preisbildung im Bereich der Primärregelleistung erfolgt auf Basis eines Leistungspreises für das Vorhalten dieser Leistung. Bei der Sekundärleistung erfolgt die Abrechnung hingegen auf Basis des tatsächlich in Anspruch genommenen Stroms. Diese Ausschreibungen finden jeweils für einen Zeitraum von einem halben Jahr statt. Hingegen bezieht sich die Ausschreibung der sogenannten Minutenreserve lediglich auf den nachfolgenden Zeitraum von 24 Stunden. Hierbei erfolgt die Vergütung sowohl über den Arbeits- als auch über den Leistungspreis.21 19 Vgl. Zapf, M. (2017) Stromspeicher und Power-to-Gas im deutschen Energiesystem: Rahmenbedingungen, Bedarf und Einsatzmöglichkeiten, S. 49. 20 Vgl. Niederhausen, H., Burkert, A. (2014) Elektrischer Strom: Entstehung, Übertragung, Verteilung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie im Kontext der Energiewende, S. 49ff. 21 Vgl. Kamper, A. (2010) Dezentrales Lastmanagement zum Ausgleich kurzfristiger Abweichungen im Stromnetz, S. 15ff.
  • 14. 11 Ausschreibung Angebot (Mindestens) Aktivierung Zeit Vergütung Primärregelleistung Wöchentlich 1 MW <30 Sekunden, vollautomatisch 1 x Woche Leistungspreis Sekundärregelleistung Wöchentlich 5 MW <5 Minuten, vollautomatisch Peak & Off-Peak Leistungspreis & Arbeitspreis Minutenreserveleistung Täglich 5 MW < 15 Minuten, teilautomatisiert 6 x 4h / Tag Leistungspreis & Arbeitspreis Tabelle 1: Überblick: Regelenergiearten22 22 Clean Energy Sourcing (2013) Stromspeicher im Regelenergiemarkt – Anforderungen und Erlöspotenziale, S. 9.
  • 15. 3 VIRTUELLE KRAFTWERKE 3.1 FUNKTIONSWEISE VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN Für die Bildung von sogenannten virtuellen Kraftwerken sind mehrere räumlich verteilte und ortsabhängige Erzeugungsanlagen notwendig. Diese werden anschließend an eine gemeinsame Steuerungseinheit, die von einer zentralen Stelle überwacht wird, angebunden. Diese sogenannten virtuellen Kraftwerke können einen einerseits eine verbrauchernahe Versorgung mit Energie gewährleisten, aber auch weitere energiewirtschaftliche Aufgaben übernehmen.23 Die technische Anbindung und Steuerung erfolgt über Informations- und Kommunikationsschnittstellen. In einer zentralen Leitwarte werden das Energiemanagement und die Planungs- sowie Kontrollprozesse durchgeführt. Dadurch soll eine möglichst optimale und kosteneffiziente Führung des virtuellen Kraftwerkes ermöglicht werden. Einerseits unterscheidet sich ein virtuelles Kraftwerk von konventionellen Kraftwerken dadurch, dass dort eine Vielzahl von kleinen Anlagen zusammengeschlossen ist, andererseits kann bei einer ausreichenden Anzahl von integrierten Anlagen auch die Erzeugungsleistung von großen Kraftwerken erreicht werden.24 Bei der Nutzung von virtuellen Kraftwerken ist die Form der im Rahmen der Energieerzeugung einschließenden Energie der einzelnen Anlagen unerheblich. Um besser auf sich ergebende Einspeisungsprofile reagieren zu können und beispielsweise Reserveleistungen zu vermeiden, können größere Verbraucher zur Laststeuerung mit integriert werden. Als Beispiel hierfür können größere Kühlanlagen genannt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich in dem virtuellen Kraftwerk stochastisch einspeisende Energiesysteme wie beispielsweise Windkraftanlagen befinden.25 Ziel des Einsatzes von virtuellen Kraftwerken ist es, Synergie-Effekte auszunutzen und somit die größtmöglichen Vorteile aus der Nutzung unterschiedlicher Energieanlagen wie Windkraftanlagen, Biomasse-, Wasser- oder Solarkraftwerken und anderen Energieerzeugungsanlagen zu generieren. Somit erfolgt auch in einem gewissen Umfang der Ausgleich von Vor- und Nachteilen der einzelnen Formen der 23 Vgl. Schellong, W. (2016) Analyse und Optimierung von Energieverbundsystem, S. 134. 24 Vgl. Parodi, O., Banse, G., Schaffer, A. (Hrsg.) (2010) Wechselspiel: Kultur und Nachhaltigkeit: Annäherungen an ein Spannungsfeld, S. 184. 25 Vgl. Vuille, F., Favrat, D., Erkman, S. (2015) Herausforderungen der Schweizer Energiewende verstehen, um zu wählen: 100 Fragen und Antworten, S. 162.
  • 16. Energieerzeugung. Beispielsweise kann tagsüber bei Windstille auf Solarenergie zurückgegriffen werden, währenddessen beispielsweise in der Nacht die Energie aus Wasserkraft genutzt werden kann.26 Die Effektivität und Effizienz eines sogenannten virtuellen Kraftwerkes wird insbesondere von dem Energiemanagementsystem beeinflusst. Nur, wenn ein optimaler Ausgleich zwischen dem Energiebedarf und der Energiebereitstellung erreicht wird, wird einerseits die Ausfallsicherheit gewährleistet und andererseits werden die ökologischen und ökonomischen Ziele erreicht.27 Zur Optimierung des Energieeinsatzes muss eine Prognose von Last und Erzeugung, aber auch eine Planung des Einsatzes von Energie sowie die Steuerung der Erzeuger und auch eine begleitende Überwachung der Energieerzeugungsanlagen erfolgen. Insbesondere bei dem Einsatz von erneuerbaren Energien wie Windkraft und Solarenergie müssen die notwendigen Daten wie Wettervorhersage, Windstärke sowie Einstrahlungsvorhersagen mit in die Planung einbezogen werden. Somit ist die Prognose für eine spätere Planung von grundlegender Bedeutung. Die Prognose erfolgt üblicherweise über ein softwaregestütztes System. In dieses System fließen die Wetterdaten sowie die benötigte thermische und elektrische Last ein. Somit soll eine Prognose für die nächsten 24 Stunden, mitunter auch für die nächsten sieben Tage erstellt werden. Hierbei muss auf eine bestmögliche Qualität der genutzten Datensätze geachtet werden, um eine bestmögliche Prognose abzuleiten und das virtuelle Kraftwerk möglichst wirtschaftlich zu betreiben. Durch die zunehmende Weiterentwicklung der Technologien wird inzwischen auch eine mehrtägige Prognose ermöglicht.28 Bei der Prognose werden historische Klimadaten, aber auch Daten der Kunden mit einbezogen. Dabei wird der sogenannte Kalman-Filter genutzt. Dieser Filter dient dazu, die nicht messbaren Zustandsgrößen zu schätzen. Der Filter basiert dabei auf einem mathematischen Modell, das zur Beschreibung von dynamischen Eigenschaften dient und zusätzlich zu den vorhandenen Messgrößen eine Korrektur der vorhergesagten Zustandsgrößen ermöglicht.29 26 Vgl. Fuchs, G. (Hrsg.) (2017) Lokale Impulse für Energieinnovationen: Bürgerwind, Contracting, KWK, Smart Grid, S. 187. 27 Vgl. Synwoldt, C. (2016) Dezentrale Energieversorgung mit regenerativen Energien: Technik, Märkte, kommunale Perspektiven, S. 386. 28 Vgl. Fuchs, G. (Hrsg.) (2017) Lokale Impulse für Energieinnovationen: Bürgerwind, Contracting, KWK, Smart Grid, S. 187. 29 Vgl. Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. (Hrsg.) (2016) Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, 3. Auflage, S. 933.
  • 17. Neben der Planung für die nächsten 24 Stunden beziehungsweise sieben Tage ist auch eine Planung im Viertelstundentakt möglich. Dadurch wird es ermöglicht, die dezentralen Anlagen so zu steuern, dass eine möglichst hohe Effektivität und Effizienz erreicht werden und somit eine bestmögliche Wirtschaftlichkeit. Die Optimierung erfolgt dabei über eine zentrale Steuerung der einzelnen Anlagen. Hierfür ist es notwendig, dass die Anlagen über die notwendigen technischen Schnittstellen zur Datenübertragung verfügen. Durch eine kontinuierliche Rückmeldung kann ein Vergleich zwischen der geplanten und der tatsächlichen Energieerzeugung der einzelnen Anlagen hergestellt und gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen eingeleitet werden, um die benötigte Energie bereitzustellen.30 Wie bereits zuvor erwähnt, ist ein wichtiger Parameter in Bezug auf die Funktionsweise von virtuellen Kraftwerken die Nutzung eines Energiemix, der einerseits aus regenerativen Energien und andererseits aus der Bereitstellung von Energien aus Kraft-Wärme-Kopplung besteht.31 Die dabei integrierten Photovoltaikanlagen wandeln das Sonnenlicht auf Basis des Fotoeffekts in elektrische Energie um. Üblicherweise produziert eine Solaranlage zunächst Gleichstrom, der vor dem Einspeisen in das Stromnetz mittels Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss.32 Ein weiterer Bestandteil von virtuellen Kraftwerken können Wasserkraftwerke sein. Einerseits existieren hierbei Speicherkraftwerke, die auch dazu genutzt werden können, überschüssigen Strom für eine spätere Phase mit einem Defizit zu speichern. Andererseits existieren auch sogenannte Laufwasserkraftwerke, die abgesehen von Niedrigwasserperioden, konstante elektrische Leistung erbringen können.33 Bei den Windkraftanlagen innerhalb eines virtuellen Kraftwerkes wird die Windenergie zum Antrieb von Rotorblättern, die ihrerseits mit einem Generator verbunden sind, genutzt. Die Menge des durch Windkraftwerke produzierten Stroms muss jedoch als sehr Volatilität angesehen werden, da die Leistung auch durch die jeweilige Windgeschwindigkeit und auch durch lauten beeinflusst werden kann. Auch zu 30 Vgl. Niederhausen, H., Burkert, A. (2014) Elektrischer Strom: Entstehung, Übertragung, Verteilung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie im Kontext der Energiewende, S. 134. 31 Vgl. Schaumann, G., Schmitz, K. W. (Hrsg.) (2010) Kraft-Wärme-Kopplung, 4. Auflage, S. 224. 32 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. 69. 33 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. XXXV.
  • 18. hohe Geschwindigkeiten können dazu führen, dass um etwaige Beschädigungen an der Anlage zu vermeiden, diese zum Stillstand gebracht werden muss.34 Bei Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung können unterschiedliche Energieträger genutzt werden. Als Beispiel hierfür kann die Nutzung von Biomasse und Biogas genannt werden. In diesen Anlagen wird neben elektrischem Strom auch Wärmeenergie erzeugt, die beispielsweise zur Beheizung von Wohngebäuden genutzt werden kann. Somit weisen diese Anlagen auch einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 80 % auf. Bei diesen Anlagen kann zwischen einem stromgeführten und einem wärmegeführten Betrieb unterschieden werden. Bei einem stromgeführten Betrieb ist die benötigte elektrische Energie maßgeblich für den Betrieb der Anlage, während dessen beim wärmegeführten Betrieb primär die Wärmeversorgung im Fokus steht und die Produktion von elektrischer Energie nur ein zusätzlicher Nutzen ist.35 3.2 VERKNÜPFUNG UND STEUERUNG VON DEZENTRALEN ANLAGEN ZUR ENERGIEERZEUGUNG 3.2.1 Einsatz von sogenannten Smart Grids Damit dezentrale Anlagen zur Energieerzeugung effektiv und effizient auf dem deutschen Strommarkt genutzt werden können, ist eine Kommunikation zwischen den einzelnen Anlagen und einer übergeordneten Steuerungszentrale notwendig. Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung der hohen Volatilität bei der Energieerzeugung durch erneuerbare Energien.36 Diese Kommunikation führt entsprechend auch zu einem stetig zunehmenden Volumen an Daten und Informationen, die zwischen Erzeuger, Energieversorger, Verbraucher und weiteren Akteuren an den Märkten ausgetauscht werden müssen. Dieser Austausch kann über einen sogenannten Smart Grid erfolgen. Hierbei handelt es sich um ein intelligentes Netzwerk, dass die Akteure miteinander verbindet und die benötigten Informationen mittels Informations- und Kommunikationstechnologie sammelt. Als Beispiel hierfür können die Sammlung von Daten hinsichtlich des Einspeiseverhaltens, aber auch die Sammlung von Daten von bestimmten Verbrauchern genannt werden. 34 Vgl. Zahoransky, R. (Hrsg.) et Al. (2013) Energietechnik: Systeme zur Energieumwandlung. Kompaktwissen für Studium und Beruf, 6. Auflage, S. 337. 35 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. 62. 36
  • 19. Auf der nachfolgend dargestellten Abbildung sind sowohl dezentrale Anlagen zur Energieerzeugung wie Windkraft- und Solaranlagen sowie Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung, aber auch intelligente Gebäude erkennbar. Diese sind mittels Datenschnittstellen an ein zentrales Rechenzentrum angebunden.37 Über das zentrale Rechenzentrum ist auch eine Anwendung an die Strombörse möglich. Im Weiteren wird durch die Sammlung der Daten an zentraler Stelle auch die Möglichkeit geschaffen, Prognose für die nächsten Tage abzuleiten und den aktuellen Stand mit dem Plan abzugleichen. Die Prognosen dienen entsprechend dazu. die Fahrpläne für die nächsten Tage zu gestalten, sodass koordiniert werden kann, zu welchem Zeitpunkt auf welche Art und Weise am günstigsten Energie in das Netz eingespeist werden kann. Durch die Nutzung von Echtzeitinformationen können beispielsweise Ausfälle von Kraftwerken unmittelbar registriert und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Es ermöglicht somit eine effektive und effiziente Integration einer Vielzahl von kleinen und großen Anlagen.38 Abbildung 2: Beispiel eines Smart Grid39 37 Vgl. ABB Asea Brown Boveri (2010) Smart Grid – Das Netz wird intelligent. 38 Vgl. Felden, C., Hofmann, J. (Hrsg.) (2013) IT für Smart Grids, S. 50. 39 ABB Asea Brown Boveri (2010) Smart Grid – Das Netz wird intelligent.
  • 20. Smart Grinds sind somit im Kontext von virtuellen Kraftwerken von grundlegender Bedeutung. Denn diese übernehmen die Aufgaben der Vernetzung und Kommunikation zwischen einer zentralen Koordinierungsstelle und den dezentralen Anlagen zur Energieerzeugung. Nur so ist es möglich, die Stärken des virtuellen Kraftwerkes vollständig auszuschöpfen. 3.2.2 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.40 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.41 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.42 40 Vgl. Nagel, J. (2017) Energie- und Ressourceninnovation: Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende, o. S. 41 Vgl. Nagel, J. (2017) Energie- und Ressourceninnovation: Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende, o. S. 42 Vgl. Doleski, O. D. (Hrsg.) (2017) Herausforderung Utility 4.0: Wie sich die Energiewirtschaft im Zeitalter der Digitalisierung verändert, S. 37ff
  • 21. 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.43 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 dezentrale Steuerung: lokale Steuerung bei weitgehend homogener Kontrollcenteransatz: zentrale Steuerung bei heterogener Anlagenstruktur 43 Vgl. Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 13
  • 22. Informations- und Steuerungstechnologien Anlagenstruktur in räumlicher Nähe, wenig Einflussmöglichkeiten bei begrenztem Aufwand 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 Kraftwerken44 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. 44 Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 14.
  • 23. Abbildung 3: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 145 Abbildung 4: Risiko- und Anforderungsprofil des Kraftwerk 246 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. 45 Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 14. 46 Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 15.
  • 24. 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.47 47 Vgl. Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende, S. 15.
  • 25. 4 VIRTUELLE KRAFTWERKE IM EINSATZ 4.1 NUTZUNG VON KLEINEN KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGEN Kleine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, auch sogenannte Mini-BHKW, dienen im wärmegeführten Betrieb dazu, überschüssige elektrische Leistung in das Niederspannungsnetz einzuspeisen. Als Herausforderung hierbei angesehen wird, dass die Netzbetreiber die Höhe der Einspeisung durch diese kleinen Anlagen üblicherweise nicht prognostizieren können. Somit ergeben sich auch gewisse Einflüsse auf die Netzstabilität. Im Rahmen einer Studie des Instituts für Hochspannungstechnik an der technischen Universität Braunschweig wurde die Einspeisung in einer Neubausiedlung analysiert. Dabei konnte festgestellt werden, dass durch die ungeplante und schwer vorhersagbare Einspeisung das Netz beeinträchtigt werden kann. Insbesondere in den Wintermonaten ergab sich die Problematik, dass ein Transferstrom vom Niederspannungsnetz in das Niederspannungsnetz auftrat. Zeitgleich führte dies teilweise auch zu einer Anhebung der Spannung über die festgelegten Grenzwerte und ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der Schutztechnik. Dies gilt jedoch nur dann, wenn eine Durchdringung von mehr als 10 % vorliegt.48 Somit ist eine Nutzung von kleinen Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung nur dann sinnvoll, wenn diese miteinander gekoppelt sind und somit effektiv gesteuert werden können. Eine weitere Problematik ergibt sich auch bei einer möglichen Ausschöpfung der Potenziale derartiger Anlagen durch den Übertragungsnetzbetreiber im Kontext des Regelenergiemarktes. Dies ergibt sich aus dem Sachverhalt, dass für das Angebot von Sekundär- bzw. Tertiärleistung ein Volumen von 30 MW erreicht werden muss. Bei einer durchschnittlichen Leistung von kleinen Anlagen mit 5 kW müssen entsprechend mindestens 6.000 Anlagen im Verbund vorhanden sein. Diese müssen entsprechend auch jederzeit für den Netzbetreiber zur Verfügung stehen.49 Eine weitere Möglichkeit wäre jedoch die Zusammenarbeit zwischen lokalen Energieversorgungsunternehmen und den Inhabern kleiner Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen. Hierbei kann ein sogenanntes Contracting für beide Seiten interessant sein und eine langfristige Bindung aneinander 48 Vgl. Schulz, C., Kurrat, M., Waitschat, H. (2005) Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von Mini-Blockheizkraftwerken, S. 26ff. 49 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. 62.
  • 26. schaffen. Dadurch kann das Energieversorgungsunternehmen entweder von einer aktiven Beteiligungsstrategie oder auch von einer passiven Überwachungsstrategie langfristig profitieren.50 Bei einer passiven Überwachungsstrategie erfolgt eine Überwachung des Gasverbrauchs, der als Basis für die Berechnung der voraussichtlich produzierten Strommenge am Folgetag genutzt wird. Durch diese Prognose wird es dem Versorgungsunternehmen möglich, die eigenen Kraftwerke zielgerichtet zu steuern und eine netzorientierte Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen zu erreichen. Hierfür ist eine Bündelung einer Vielzahl von kleinen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen zu einem sogenannten virtuellen Kraftwerk notwendig.51 Somit kann durch die zentrale Steuerung kleiner Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen ein erhöhter wirtschaftlicher Nutzen generiert werden. Zeitgleich können die mit der fehlenden Koordination verbundenen Probleme bewältigt werden. Dennoch muss auch hierbei die dafür notwendige Investition berücksichtigt werden, anderenfalls ergibt sich daraus eine gewisse Auswirkung auf den wirtschaftlichen Erfolg. Unter Berücksichtigung der technischen Möglichkeiten können kleine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen weder bei der Primär- noch bei der Sekundärregelung eingesetzt werden. Hingegen ist eine Berücksichtigung derartiger Anlagen bei der Tertiärregelung denkbar. Dies ergibt sich insbesondere aus dem Sachverhalt, dass aufgrund unterschiedlicher klimatischer Bedingungen im Jahresverlauf der Wärmebedarf in den Haushalten beispielsweise zum Winter zunimmt und zum Sommer hin abnimmt bzw. dort meist nur der Warmwasserbedarf durch die Anlagen gedeckt wird. Entsprechend kann keine Konstante Energiebereitstellung, die beispielsweise bei der Sekundärleistung für einen Zeitraum von sechs Monaten garantiert werden muss, gewährleistet werden.52 Als Problem muss hierbei ein gewisser Interessenkonflikt zwischen den Energieversorgungsunternehmen und den Betreibern der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen genannt werden. Üblicherweise werden die Anlagen für die Haushalte so ausgelegt, dass genügend Wärme bereitgestellt werden kann und der Strom lediglich als Zusatznutzen erzeugt wird. Um dem Nutzen der Energieversorgungsunternehmen entsprechen zu können, müsste jedoch eine größere Strommenge erzeugt werden, als die vom jeweiligen Haushalt 50 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. 218. 51 Vgl. Jungbluth, C. H. (2007) Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen in Wohngebäuden im zukünftigen Energiesystem, S. 34ff. 52 Vgl. Bührke, T., Wengenmayr, R. (Hrsg.) (2011) erneuerbare Energien: Konzepte für die Energiewende, 3. Auflage, S. 116.
  • 27. benötigte Strommenge. Dies würde somit dazu führen, dass in den Haushalten größere Anlagen installiert werden müssten als theoretisch notwendig, was entsprechend zu einem erhöhten finanziellen Aufwand führt. Im Weiteren wird eine Steuerung der Anlage durch das Energieversorgungsunternehmen auf Seiten der Inhaber nur auf wenig Akzeptanz stoßen, da durch die Steuerung seitens des Energieversorgungsunternehmens mitunter die Anlage eingeschaltet wird, obwohl beispielsweise keine Wärmeenergie benötigt wird.53 Damit die Akzeptanz auf Seiten der Inhaber erhöht werden kann, müssten die Versorgungsunternehmen zusätzliche finanzielle Anreize bieten. Als Beispiele hierfür können die Erstattung der Kostendifferenz bei einer überdimensionierten Auslegung der Anlage, die Übernahme von Wartungskosten oder auch eine Gewinnbeteiligung genannt werden. Damit jedoch auch die Ziele, die mit dem Einsatz von virtuellen Kraftwerken verbunden sind, erreicht werden können, müsste zunächst die Anzahl kleiner Blockheizkraftwerke in Deutschland deutlich erhöht werden. Nur, wenn eine ausreichende Anzahl vorhanden ist, kann ein sinnvoller Zusammenschluss zu einem virtuellen Kraftwerk erfolgen. 4.2 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN Insbesondere im Kontext inzwischen dem liberalisierten Energiemarkt und der hohen Flexibilität hinsichtlich der Regelfähigkeit macht Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung besonders interessant. Betreiber von Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen erhalten gemäß der Vorschriften des Kraft-Wärme- Kopplungsgesetzes bestimmte Zuschläge auf die eingespeiste Energiemenge. Von dieser gesetzlichen Förderung profitieren insbesondere Betreiber von kleinen Anlagen. Gemäß § 7 des Gesetzes für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung ergeben sich die nachfolgenden Zuschläge:54 - für Anlagen bis zu 50 kW: acht Cent je Kilowattstunde - für Anlagen von 50-100 kW: sechs Cent je Kilowattstunde - für Anlagen von 100-250 kW: fünf Cent je Kilowattstunde - für Anlagen von 250 kW bis 2 MW: 4,4 Cent je Kilowattstunde - für Anlagen mit mehr als 2 MW: 3,1 Cent je Kilowattstunde 53 Vgl. Zahoransky, R. (Hrsg.), Allelein, H.-J., Bollin, E., Oehler, H., Schelling, U., Schwarz, H. (2013) Energietechnik: Systeme zur Energieumwandlung. Kompaktwissen für Studium und Beruf, 6. Auflage, S. 26ff. 54 Vgl. Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme- Kopplungsgesetz – KWKG) (2015) § 7 Höhe des Zuschlags für KWK-Strom aus neuen, modernisierten oder nachgerüstet KWK-Anlagen.
  • 28. Diese Zuschlagssätze werden um jeweils 0,6 Cent je Kilowattstunde erhöht, wenn eine Anlage eine bestehende Anlage, die Strom auf Basis von Braun- oder Steinkohle produziert, ersetzt wird. Bei kleineren Anlagen von bis zu 50 kW bzw. mit einem Leistungsanteil und 50-100 kW werden auch Vergütungen gezahlt, wenn der Strom nicht in das öffentliche Netz eingespeist wird. Dies sind vier Cent je Kilowattstunde respektive drei Cent je Kilowattstunde.55 4.3 OPTIMIERUNG DER ENERGIEBEREITSTELLUNG UND VERMEIDUNG VON LASTÜBERHÄNGEN UND STROMAUSFÄLLEN Wie bereits zuvor erwähnt, hat die Ausfallsicherheit auch bei virtuellen Kraftwerken eine grundlegende Bedeutung. Entsprechend müssen die einzelnen Anlagen innerhalb des virtuellen Kraftwerkes gesteuert werden, um beispielsweise Spitzenlasten zu glätten. Beispielsweise können hierbei einzelne Blockheizkraftwerke hochgefahren werden, um zusätzlich Strom zu produzieren. Die extra erzeugte Nutzwärme kann zeitgleich in Wärmespeicher umgeleitet werden, sodass diese für einen späteren Wärmebedarf zur Verfügung steht.56 Die Erzeugung der elektrischen Energie in der Nähe des Verbrauchsortes führt im weiteren zu einer Verminderung der elektrischen Last von zentralen Kraftwerken, was entsprechend bei der Berechnung der Nutzungsentgelte für die Stromnetze und somit auch bei der Berechnung der Verbraucherpreise berücksichtigt werden muss. Werden Mini-BHKWs in das virtuelle Kraftwerk integriert, wird in den Wintermonaten bzw. während der Heizperiode aufgrund der benötigten Wärmeenergie auch die größte Strommenge produziert. Dies beeinflusst somit auch die elektrischen Lastspitzen. Durch die Flexibilität der virtuellen Kraftwerke können an den Strombörsen durch das sogenannte Peak- Shaving zusätzliche Erlöse erzielt werden. Denn bei einem hohen Energiebedarf an der Strombörse steigt dort auch der Preis für die bereitgestellte elektrische Energie. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch das Peak-Shaving und die dezentrale Ausrichtung der Energieerzeugung, denn durch die verminderten Transportwege verringert sich auch die Belastung für das Stromnetz insgesamt. Somit tragen virtuelle Kraftwerke auch zu einer besseren Lastflussoptimierung bei. Diese Entlastung bezieht sich jedoch primär 55 Vgl. Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme- Kopplungsgesetz – KWKG) (2015) § 7 Höhe des Zuschlags für KWK-Strom aus neuen, modernisierten oder nachgerüstet KWK-Anlagen. 56 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. XXXIII.
  • 29. auch lediglich auf die Wintermonate. Dennoch kann ein virtuelles Kraftwerk insgesamt zu einer Optimierung der Energiebereitstellung beitragen. 57 5 CHANCEN UND MÖGLICHKEITEN VIRTUELLER KRAFTWERKE Bereits seit mehreren Jahren steht die Kraftwerkslandschaft in Deutschland vor einem gewissen Wandel. Einerseits wurde bereits der Ausstieg aus der Nutzung von Atomenergie beschlossen, andererseits soll auch der Anteil an Braunkohlekraftwerken und Steinkohlekraftwerken deutlich gesenkt werden. Zeitgleich wird die Nutzung von erneuerbaren Energien durch die Bundesregierung gesetzlich gefördert.58 Dieser Wandel in der Kraftwerkslandschaft führt in gewissem Umfang auch zu der Notwendigkeit, die Leistung der Atom- und Kohlekraftwerke anderweitig zu ersetzen. Hierfür sind signifikante Investitionen von mehreren Milliarden Euro auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland notwendig. Bei dem zukünftigen Energiemix müssen neben finanziellen auch geplante klimapolitische Aspekte berücksichtigt werden. Einerseits soll erreicht werden, dass der Verbrauch in Haushalten, aber auch in Unternehmen stetig gesenkt wird, andererseits die Stromerzeugung auch emissionsärmer und wenn möglich sogar emissionsfrei erfolgt. Aktuell entfällt von den energiebedingten CO2-Emissionen ein Anteil von 306 Millionen Tonnen auf die Stromerzeugung. Diese Emissionen ergeben sich insbesondere aus der Verbrennung von Braun- und Steinkohle.59 Dennoch können alleine durch die Abschaltung der Kernkraftwerke die festgelegten Klimaschutzziele nicht erreicht werden. Auch die Effizienzsteigerung in den Kohlekraftwerken in den vergangenen Jahren trägt hierzu auch nur in einem geringen Umfang bei. Entsprechend bietet es sich an, einen erhöhten Fokus auf die dezentrale Energieversorgung zu legen, beispielsweise unter Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplungs- Anlagen, die mit Abfällen aus Sägewerken oder Biogas betrieben werden können.60 57 Vgl. Droste-Franke, B. et Al. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. 252. 58 Vgl. Hecker, W., Lau, C., Müller, A. (Hrsg.) (2015) Zukunftsorientierte Unternehmenssteuerung in der Energiewirtschaft, S. 221ff. 59 Vgl. Umweltbundesamt (o. J.) Emissionsquellen. 60 Vgl. Kahl, W., Schmidtchen, M. (2013) Kommunaler Klimaschutz durch Erneuerbare Energien, S. 54.
  • 30. Die Bedeutung von virtuellen Kraftwerken wird mit zunehmender Verbreitung von kleinen Anlagen zur Energieerzeugung wie beispielsweise Mini-BHKWs stetig zunehmen. Hierbei muss es den Beteiligten gelingen, ein großes Volumen beispielsweise von mehr als 500 MW zu erreichen, um in den Wettbewerb mit konventionellen Kraftwerken zu treten. Die Verminderung der Transportwege kann sich entsprechend auch positiv auf die Emissionen auswirken. Dennoch ist zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht absehbar, wann konventionelle Kraftwerke, die die Grund- und Mittellast bereitstellen, vollständig ersetzt werden können.61 Auch wenn heutzutage immer mehr Windkraftanlagen auf dem Land und in Zukunft auch zunehmend auf See errichtet werden, ergeben sich gewisse Problematiken. Denn diese sind abhängig von dem jeweiligen Windniveau und unterliegen somit einer hohen Volatilität hinsichtlich ihres Einspeiseverhaltens. Daher wird auch in Zukunft die Nachfrage nach regelbaren Anlagen zur Energieerzeugung steigen. Anlagen, die eine geringere Regelfähigkeit aufweisen, können mitunter auch zu Störungen im Übertragungsnetz führen. Daher müssen diese Anlagen auch im nicht optimalen Teillastbereich laufen, was auch zu erhöhten Verschleißerscheinungen an der Anlage führen kann.62 Aber auch die eingesetzte Technologie beeinflusst die CO2-Emissionen. Beispielsweise können in Abhängigkeit von dem jeweils genutzten Heizkessel bei kleinen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen Einsparungen von 22% bis 31 % bei den CO2-Emissionen im Vergleich zum normalen Heizkessel und in Bezug auf elektrische Energie aus dem öffentlichen Stromnetz erreicht werden.63 61 Vgl. Arndt, U., Roon, von S., Wagner, U. (2006) Virtuelle Kraftwerke: Theorie oder Realität, S.54. 62 Vgl. Kaltschmitt, M., Wiese, A., Streicher, W. (Hrsg.) (2003) Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, 3. Auflage, S. 307ff. 63 Vgl. Roon, von S. (o. J.) Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke, S. 6.
  • 31. Abbildung 5: CO2-Emissionen für die Strom- und Wärmebereitstellung mit ausgewählten Mikro- KWK-Anlagen, eigene Darstellung nach /FFE-12 07/ 64 64 Roon, von S. (o. J.) Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke, S. 6.
  • 32. 6 PRAKTISCHER EINSATZ VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN AM BEISPIEL DER STADT UNNA Bereits im Jahr 2004 wurde durch die Stadtwerke Unna in Kooperation mit den Unternehmen EUS und ABB das sogenannte virtuelle Kraftwerk Unna initiiert. Dieses Pilotprojekt sollte dazu dienen, einerseits die technischen Anforderungen an die dezentrale Versorgung mit elektrischer Energie und andererseits die Wirtschaftlichkeit zu überprüfen.65 Für dieses Pilotprojekt wurden Fördermittel der Europäischen Union und des Landes Nordrhein-Westfalen in einem Volumen von 1,4 Million € in Anspruch genommen. Insgesamt setzte sich dieses Pilotprojekt aus fünf Blockheizkraftwerken, einer Fotovoltaikanlage, einem Wasserkraftwerk und zwei Windparks zusammen. Zur Koordination wurden das Energiemanagementsystem der Firma EUS mit der Bezeichnung Maximus sowie die Prognose Software Forecast eingesetzt. Ziel war es zum einen, den Deckungsbeitrag zu maximieren und zum anderen, eine möglichst optimale Einsatzplanung zu erreichen. Diese Software ermöglicht es auch, dass das virtuelle Kraftwerk selbst lernt und in Zukunft eigenständig besser auf die prognostizierten Rahmenbedingungen reagieren kann.66 Für die Vernetzung der Anlagen mit dem zentralen System wurden ISDN-, Internet- und anderweitige Netzwerkschnittstellen genutzt. Durch die Vernetzung kann auf eine einfache Art und Weise auf die Konfigurationen der einzelnen Anlagen zugegriffen und eine optimale Verbindung zwischen den einzelnen Anlagen ermöglicht werden. Bei der Auswahl der Software wurde auch darauf geachtet, dass diese problemlos in die bestehende Leitwarte der Stadtwerke Unna integriert werden konnte.67 Durch den Einsatz dieses virtuellen Kraftwerkes konnte die Stadtwerke Unna eine Glättung bei Lastspitzen bis zu 5,1 MW erreichen. Zudem wurde der Bezug von Regelenergie aus Großkraftwerken deutlich gemindert und aufgrund des Prozesses der Kraft-Wärme-Kopplung eine Reduktion der CO2-Emissionen von 46.300 Tonnen erreicht. Ein weiterer Vorteil, der sich hieraus ergeben hat, war die deutliche Reduktion von Übertragungsverlusten aufgrund der Nähe der Erzeugungsanlagen der Verbraucher. Insgesamt konnten im ersten Jahr bereits 26 Million kWh Strom und 49 Millionen kWh Wärmeenergie bereitgestellt werden.68 65 Vgl. Stadtwerke Unna (2004) Powerkur für Unnas Kraftwerke. 66 Vgl. Leprich, U. et Al. (2005) Dezentrale Energiesysteme und Aktive Netzbetreiber (DENSAN), S. 23. 67 Vgl. Leprich, U. et Al. (2005) Dezentrale Energiesysteme und Aktive Netzbetreiber (DENSAN), S. 28. 68 Vgl. Umweltbundesamt (2011) CO2-Emissionsminderung durch Ausbau, informationstechnische Vernetzung und Netzoptimierung von Anlagen dezentraler, fluktuierender und erneuerbarer Energienutzung in Deutschland, S. 236.
  • 33. 7 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON VIRTUELLEN KRAFTWERKEN Bei der Betrachtung und Analyse von virtuellen Kraftwerken sind jedoch nicht nur umweltpolitische Aspekte von grundlegender Bedeutung. Auch wirtschaftliche Aspekte müssen hierbei berücksichtigt werden. Da durch die Stadtwerke Unna kein Zahlenmaterial zur Verfügung gestellt worden ist, wird nachfolgend allgemein auf die Wirtschaftlichkeit derartiger Kraftwerke eingegangen. Um ein virtuelles Kraftwerk zu betreiben, sind zunächst anfängliche Investitionen notwendig. Diese Investitionen fallen einerseits für die Errichtung der Energieerzeugungsanlagen und andererseits für die Steuerung der Systeme an. Für die Steuerung werden vor allem unterschiedlich informationstechnische Komponenten wie beispielsweise Computerarbeitsplätze, Netzwerkinfrastruktur und Software benötigt. Zeitgleich müssen die notwendigen Räumlichkeiten zur Verfügung gestellt werden bzw. angemietet oder eigenständig errichtet werden. Ein weiterer Faktor sind in diesem Kontext die nicht zu unterschätzen Personalkosten. Diese Kosten müssen entsprechend im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt werden.69 Diese Kosten können anhand des nachfolgenden Beispiels verdeutlicht werden: Bestandteil Betrag Anteil Softwaresysteme 600.000,00 € 17,53% Hardware 150.000,00 € 4,38% Akquise- und Vertriebskosten 314.000,00 € 9,17% Kommunikations- und Fernwirktechnik 658.500,00 € 19,24% Grundstück und Räumlichkeiten 1.200.000,00 € 35,06% Handelszulassung, Personalwerbung, Prozessdesign und -integration 500.000,00 € 14,61% Gesamtinvestition 3.422.500,00 € 100,00% Tabelle 3: Anfangsinvestitionen70 Mitunter muss auch berücksichtigt werden, dass diese Technologien nicht vollständig oder nur zu einem geringen Anteil aus eigenen Mitteln finanziert werden können. Auch, wenn aufgrund des niedrigen Zinsniveaus Banken und insbesondere Förderbanken günstige Zinskonditionen anbieten können, müssen 69 Vgl. Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 39. 70 Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 40.
  • 34. die jährlichen Zinsaufwendungen auch im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt werden.71 Ebenfalls fallen für die Erträge aus der Tätigkeit des virtuellen Kraftwerks Steuern an. Die Besteuerungsgrundlage wird entsprechend durch die jährlichen Abschreibungen sowie Zinsaufwendungen vermindert. Auf Basis der tatsächlichen Besteuerungsgrundlage sind 15 % Körperschaftsteuer zzgl. 5,5 % Solidaritätszuschlag an das Finanzamt abzuführen. Zusätzlich müssen auch noch die Gewerbesteuerzahlungen in diese Berechnung mit integriert werden.72 Die Wirtschaftlichkeit eines virtuellen Kraftwerkes soll anhand der nachfolgenden Tabellen verdeutlicht werden: Anlagenkombination Anlagenkategorie Anzahl PV Freifläche 5 Biogas mit Flexibilität 40 Biogas ohne Flexibilität 70 Windkraft 30 2 Windkraft 10 5 Netzersatzanlagen 5 Wasserkraft 30 71 Vgl. Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 40. 72 Vgl. Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 41.
  • 35. Finanzierung Parameter Wert Anfangsinvestition (€) 3.422.500 Eigenkapitalquote 0,00% Fremdkapitalquote 100,00% Kreditzins 3,00% Anlagezins 1,50% Marktwerte MW EPEX Spot (regelbare Anlagen) initial (ct/kWh) 3,7801 MW Solar initial (ct/kWh) 3,9314 MW Wind initial (ct/kWh) 3,2424 jährliche Entwicklung der Marktwerte -1,00% Erträge Verkaufspreisniveau des Portfolios (gegenüber MW) 100% Leistungspreis MRL positiv (ct/kW) 1,8065 Leistungspreis MRL negativ (ct/kW) 8,8608 Arbeitspreis MRL positiv (ct/kWh) 25,00 Arbeitspreis MRL negativ (ct/kWh) 25,00 Zuschlagsquote für Minutenreserve 80,00% Abrufquote negativer Minutenreserve 0,74% Abrufquote positiver Minutenreserve 1,17% jährliche Ertragsdegression Photovoltaik 1,00% Aufwendungen jährliche Unterhaltung EMS (in % der Anschaffung) 40,00% jährliche Entwicklung Unterhaltung EMS 1,50% Unterhaltung IT (in % der Anschaffung) 5,00% jährliche Entwicklung Unterhaltung IT 1,50% Gewinnanteil des VK am Börsenerfolg 100,00% Erlösanteil des VK am Regelenergiegeschäft 35,00% Anzahl Mitarbeiter 25 jährlicher Lohn pro Mitarbeiter initial 62.400 € Lohnentwicklung jährlich pro Mitarbeiter 2,00%
  • 36. Besteuerung Gewerbesteuerhebesatz 360 Tabelle 4: Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung73 Anhand der nachfolgenden Übersicht sind die Berechnungsschritte für ausgewählte Perioden sowie das Gesamtergebnis der Investitionsrechnung für das ausgewählte Beispiel erkennbar (Angaben in Tausend €). Periode 1 2 3 10 15 19 20 Summe Unterhalt und Fortentwicklung der IT-Systeme 240 244 247 274 296 314 318 5.550 Unterhalt der Fernwirk- und Kommunikationstechnik 33 33 34 38 41 43 44 761 Personal 1.560 1.591 1.623 1.864 2.058 2.228 2.273 37.904 Stromeinkauf Grundpreis 24.346 24.095 23.846 22.178 21.058 20.202 19.994 442.049 Auszahlung Handelserfolg 0 0 0 0 0 0 0 0 Auszahlung Managementprämie 1.352 1.192 975 971 968 966 965 20.010 Auszahlung Leistungspreis MRL 3.135 3.135 3.135 3.135 3.135 3.135 3.135 62.706 Auszahlung Arbeitspreis MRL 3.230 3.230 3.230 3.230 3.230 3.230 3.230 64.610 Aufwendungen gesamt 33.896 33.521 33.092 31.691 30.786 30.119 29.960 633.590 Spotmarkt PV Freifläche 762 747 732 633 569 521 510 12.602 Spotmarkt Biogas mit Flexibilität 6.279 6.226 6.174 5.821 5.584 5.403 5.358 116.098 Spotmarkt Biogas ohne Flexibilität 9.272 9.179 9.087 8.470 8.055 7.737 7.660 168.833 Spotmarkt Windkraft 30 3.012 2.981 2.952 2.751 2.616 2.513 2.488 54.838 Spotmarkt Windkraft 10 2.510 2.485 2.460 2.293 2.180 2.094 2.073 45.699 Spotmarkt Wasserkraft 3.493 3.458 3.423 3.191 3.034 2.915 2.886 63.601 MP PV Freifläche 145 125 95 88 83 79 78 1.831 MP Biogas mit Flexibilität 385 350 315 315 315 315 315 6.412 MP Biogas ohne Flexibilität 675 613 552 552 552 552 552 11.222 MP Windkraft 30 697 604 464 464 464 464 464 9.660 MP Windkraft 10 581 503 387 387 387 387 387 8.050 MP Wasserkraft 254 231 208 208 208 208 208 4.227 Regelleistung MRL negativ 4.070 4.070 4.070 4.070 4.070 4.070 4.070 81.406 Regelleistung MRL positiv 753 753 753 753 753 753 753 15.065 Regelenergie MRL negativ 2.048 2.048 2.048 2.048 2.048 2.048 2.048 40.957 Regelenergie MRL positiv 2.922 2.922 2.922 2.922 2.922 2.922 2.922 58.443 Erträge gesamt 37.857 37.296 36.643 34.967 33.842 32.983 32.774 698.945 EBITDA 3.961 3.775 3.551 3.276 3.056 2.864 2.814 65.354 Restschuld Periodenbeginn 3.423 3.423 3.423 2.215 1.208 403 201 0 Zins 103 103 103 66 36 12 6 1.232 Tilgung 0 0 0 201 201 201 201 3.423 73 Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 43.
  • 37. Restschuld Periodenende 3.423 3.423 3.423 2.013 1.007 201 0 0 Abschreibungen Softwaresysteme 120 120 120 0 0 0 0 600 Abschreibungen Rechnerhardware 50 50 50 50 50 50 50 1.000 Abschreibungen Fernwirktechnik 220 220 220 220 220 220 220 4.390 Abschreibungen Grundstück und Immobilie 36 36 36 36 36 36 36 720 abgerundeter Gewerbeertrag 3.433 3.248 3.023 2.703 2.513 2.345 2.301 53.991 GewSt-Aufwand 433 409 381 341 317 295 290 6.803 KSt-Bemessungsgrundlage 3.433 3.247 3.023 2.703 2.513 2.345 2.301 53.990 KSt-Aufwand 515 487 453 405 377 352 345 8.098 Solidaritätszuschlag 28 27 25 22 21 19 19 445 Cashflow periodengenau 2.882 2.749 2.589 2.240 2.104 1.984 1.952 45.353 Cashflow aufgezinst 3.825 3.594 3.335 2.600 2.267 2.014 1.952 52.888 Kontostand ohne Sondertilgung 2.882 5.675 8.349 26.292 39.455 50.183 52.888 Tabelle 5: Investitionsrechnung des Beispielszenarios74 Unter Berücksichtigung einer Betriebsdauer von 20 Jahren ergibt sich ein Endwert in Höhe von 52,89 Millionen Euro. Somit kann diese Investition als vorteilhaft eingestuft werden. Bereits während der zweiten Periode übersteigen die Einnahmen den Investitionsbetrag, somit entsteht bereits nach kurzer Zeit ein Gewinn für das virtuelle Kraftwerk. Diese Vorteilhaftigkeit kann auch zusätzlich anhand der nachfolgenden Kennzahlen verdeutlicht werden. Kennzahl Wert Endwert der Investition (€) 52.887.599,26 Endwertbezogene jährliche Rendite des VK (%) 14,67 Anzahl angeschlossener Anlagen (Stk) 157 installierte Gesamtleistung des VK (kW) 236.000 Ø Anlagengröße (kW) 1.503 Ø Jahresüberschuss (€) 2.267.644,91 Ø Jahresüberschuss pro Erzeugungsanlage (€/Stk) 14.443,60 Ø Jahresüberschuss pro installierter Leistung (€/Megawatt) 9.608,66 Ø jährlich gehandelte Strommenge (MWh) 477.840 Angebotsmenge MRL positiv (kW) 23.800 Angebotsmenge MRL negativ (kW) 26.219 Ø jährlicher Gewinn aus Börsenhandel (T€) 41.014 Ø jährlicher Gewinn aus Regelenergievermarktung (T€) 68.555 Ø Handelsgewinnmarge (€/MWh) 4,29 Ø Regelenergiemarge (€/kW) 11,42 74 Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 44.
  • 38. Ø jährlicher Mehrerlös für Anlagenbetreiber (€) 7.366.303,34 Ø jährlicher Mehrerlös pro Anlage (€/Stk) 46.919,13 Tabelle 6: Kennzahlen des Beispielszenarios75 75 Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken, S. 45.
  • 39. 8 FAZIT Durch die veränderten politischen Rahmenbedingungen insbesondere seit Ende der 1990er Jahre ist eine deutliche Liberalisierung des deutschen Strommarktes eingetreten. Dies ist für die großen Versorgungsunternehmen auch ein zunehmender Wettbewerb mit kleinen und lokalen Versorgungsunternehmen, aber auch mit privaten Anbietern. Somit mussten auch die großen Unternehmen zusätzliche Investitionen in Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien und auch in intelligente Netze tätigen. Ziel der gesetzlichen Vorgaben ist es, den CO2-Ausstoß deutlich zu reduzieren, indem ein zunehmender Fokus auf die Erzeugung von erneuerbaren Energien gelegt wird. Zeitgleich muss jedoch auch eine Versorgungssicherheit gewährleistet werden. Diese wird insbesondere durch die hohe Volatilität der erneuerbaren Energien, insbesondere bei Windkraft und Solarkraftanlagen beeinflusst. Einer der wichtigsten Aspekte in diesem Kontext ist die Nutzung von sogenannten virtuellen Kraftwerken. Diese ermöglichen es, unterschiedliche Anlagen zur Energieerzeugung miteinander zu verbinden und die Stärken der einzelnen Anlagen und somit die Synergie-Effekte möglichst optimal auszunutzen. Dabei kann die Steuerung und Verknüpfung der einzelnen Anlagen mittels sogenannter Smart Grids erfolgen. Erfolgt ein weiterer kontinuierlicher Ausbau von lokalen Anlagen zur Energieerzeugung, ist zumindest mittel- und langfristig eine Ablösung von großen und zentralen Kraftwerken denkbar. Der Bau von kleinen und lokalen Anlagen wird aktuell weiterhin über eine garantierte Einspeisevergütung sowie mitunter zusätzlichen gesetzlichen Prämien gefördert. Somit ergibt sich trotz hoher Investitionen eine vergleichsweise schnelle Amortisation derartiger Anlagen. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von dezentralen Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien ist die Möglichkeit der Glättung von Stromschwankungen. Durch die Volatilität von Windkraft- und Solarenergieanlagen ist diese Glättung auch zwingend notwendig, um die Stabilität des Stromnetzes gewährleisten zu können. Somit müssen sich virtuelle Kraftwerke zwangsweise aus Anlagen unterschiedlicher Form wie beispielsweise Solar- und Windkraftanlagen oder Blockheiz- und Wasserkraftwerken zusammensetzen, um die entsprechenden Ziele erreichen zu können.
  • 40. Bei einer Gesamtbetrachtung des im Beispiel dargestellten virtuellen Kraftwerks ergibt sich aus seinem Betrieb eine jährliche Rendite in Höhe von 14,67 %. Auch die anderen Kennzahlen, die für das Beispiel in der zuvor dargestellten Tabelle abgebildet worden sind, deuten auf eine entsprechende Wirtschaftlichkeit der Anlage hin. Auch der Sachverhalt, dass die Anfangsinvestitionen bereits während des Zweiten Geschäftsjahres vollständig durch die Einnahmen kompensiert werden können, führt zu der Schlussfolgerung, dass es sich um eine lohnenswerte Investition in ein derartiges Kraftwerk handelt. Für einen wirtschaftlichen Betrieb sind jedoch letztendlich sowohl der Mix des Anlagenportfolios als auch die Leistungserbringung der Anlagen als ausschlaggebendes Kriterium anzusehen. Denn nur, wenn genügend Anlagen miteinander gekoppelt werden und diese eine entsprechende Leistung bereitstellen, lohnen sich die Investitionen in eine große und effiziente Steuerungsanlage für virtuelle Kraftwerke.
  • 41. 9 LITERATUR ABB Asea Brown Boveri (2010) Smart Grid – Das Netz wird intelligent (http://www.abb.de/cawp/seitp202/77a7e74be1ea8904c12577050030ab14.aspx), Zugriff am 22.07.2017 Arndt, U., Roon, von S., Wagner, U. (2006) Virtuelle Kraftwerke: Theorie oder Realität, veröffentlicht in BWK – Das Energie-Fachmagazin, Ausgabe 6/2006, S. 52ff Brauner, G. (2016) Energiesysteme: regenerativ und dezentral: Strategien für die Energiewende, Springer, Wiesbaden Bundesverband erneuerbare Energien e.V. (2016) Einspeisevorrang für saubere Energien erhalten (https://www.wind-energie.de/presse/meldungen/2016/einspeisevorrang-fuer-saubere-energien-erhalten), Zugriff am 14.08.2017 Bührke, T., Wengenmayr, R. (Hrsg.) (2011) erneuerbare Energien: Konzepte für die Energiewende, 3. Auflage, John Wiley & Sohn, Weinheim Clean Energy Sourcing (2013) Stromspeicher im Regelenergiemarkt – Anforderungen und Erlöspotenziale (http://www.stoffstrom.org/fileadmin/userdaten/dokumente/Veranstaltungen/EST/Stromspeicher_im_Reg elenergiemarkt__Umweltcampus_Birkenfeld_130227.pdf), Zugriff am 14.08.2017 Die Bundesregierung (2013) Energiewende: Energie-Lexikon: Einspeisevorrang (https://www.bundesregierung.de/Content/DE/Lexikon/EnergieLexikon/E/2013-09-19- einspeisevorrang.html), Zugriff am 14.08.2017 Doleski, O. D. (Hrsg.) (2017) Herausforderung Utility 4.0: Wie sich die Energiewirtschaft im Zeitalter der Digitalisierung verändert, Springer Fachmedien, Wiesbaden Droste-Franke, B., Berg, H., Kötter, A., Krüger, J., Mause, K., Pielow, J.-C., Romey, I., Ziesemer, T. (2009) Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, Springer, Berlin Eiselt, J. (2012) Dezentrale Energiewende: Chancen und Herausforderungen, Vieweg + Teubner Verlag und Springer Fachmedien, Wiesbaden
  • 42. Felden, C., Hofmann, J. (Hrsg.) (2013) IT für Smart Grids, dpunkt.verlag, Heidelberg Fuchs, G. (Hrsg.) (2017) Lokale Impulse für Energieinnovationen: Bürgerwind, Contracting, KWK, Smart Grid, Springer Fachmedien, Wiesbaden Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme- Kopplungsgesetz – KWKG) (2015) § 7 Höhe des Zuschlags für KWK-Strom aus neuen, modernisierten oder nachgerüstet KWK-Anlagen (https://www.gesetze-im-internet.de/kwkg_2016/inhalts_bersicht.html), Zugriff am 11.07.2017 Hecker, W., Lau, C., Müller, A. (Hrsg.) (2015) Zukunftsorientierte Unternehmenssteuerung in der Energiewirtschaft, Springer Fachmedien, Wiesbaden Heuck, K., Dettmann, K.-D., Schulz, D. (2013) Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis, 9. Auflage, Springer Fachmedien, Wiesbaden IG Windkraft (2017) Änderung der Erneuerbaren-Richtlinie: Stellungnahme der IG Windkraft (https://www.igwindkraft.at/mmedia/download/2017.03.22/1490176839555750.pdf), Zugriff am 14.08.2017 Jungbluth, C. H. (2007) Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen in Wohngebäuden im zukünftigen Energiesystem, Forschungszentrum Jülich, Jülich Kahl, W., Schmidtchen, M. (2013) Kommunaler Klimaschutz durch Erneuerbare Energien, Mohr Siebeck, Tübingen Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. (Hrsg.) (2016) Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, 3. Auflage, Springer, Berlin Kaltschmitt, M., Wiese, A., Streicher, W. (Hrsg.) (2003) Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, 3. Auflage, Springer, Berlin Kamper, A. (2010) Dezentrales Lastmanagement zum Ausgleich kurzfristiger Abweichungen im Stromnetz, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe
  • 43. Karl, J. (2006) Dezentrale Energiesysteme: Neue Technologien im liberalisierten Energiemarkt, 2. Auflage, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München Lehnhoff, S. (2010) Dezentrales vernetztes Energiemanagement: Ein Ansatz auf Basis eines verteilten adaptiven Realzeit-Multiagentensystems, Vieweg + Teubner Verlag und Springer Fachmedien, Wiesbaden Leprich, U., Bauknecht, D., Evers, E., Gaßner, H., Schrader, K. (2005) Dezentrale Energiesysteme und Aktive Netzbetreiber (DENSAN) (https://www.bet- energie.de/fileadmin/redaktion/PDF/Veroeffentlichungen/2005/BET-Studie_DENSAN.pdf), Zugriff am 27.07.2017 Nagel, J. (2017) Energie- und Ressourceninnovation: Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende, Carl Hanser, München Nestle, D. (2007) Energiemanagement in der Niederspannungsversorgung mittels dezentraler Entscheidung: Konzept, Algorithmen, Kommunikation und Simulation, kassel university press, Kassel Niederhausen, H., Burkert, A. (2014) Elektrischer Strom: Entstehung, Übertragung, Verteilung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie im Kontext der Energiewende, Springer Fachmedien, Wiesbaden Parodi, O., Banse, G., Schaffer, A. (Hrsg.) (2010) Wechselspiel: Kultur und Nachhaltigkeit: Annäherungen an ein Spannungsfeld, Edition Sigma, Berlin Pricewaterhouse Coopers (Hrsg.) (2012) virtuelle Kraftwerke als wirkungsvolles Instrument für die Energiewende (https://www.pwc.de/de/energiewende/assets/virtuelle-kraftwerke.pdf), Zugriff am 25.07.2017 PricewaterhouseCoopers (Hrsg.) (2015) Regulierung in der deutschen Energiewirtschaft, 4. Auflage, Haufe-Lexware, Freiburg Reif, B., Fox, A. (2014) Eine Analyse zur Wirtschaftlichkeit von virtuellen Kraftwerken (https://www.db- thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00037755/ilm1-2017200151.pdf), Zugriff am 16.08.2017
  • 44. Roon, von S. (o. J.) Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke (https://www.ffe.de/download/Veroeffentlichungen/2009_Fachtagung_vRoon.pdf), Zugriff am 25.07.2017 Schaumann, G., Schmitz, K. W. (Hrsg.) (2010) Kraft-Wärme-Kopplung, 4. Auflage, Springer, Berlin Schellong, W. (2016) Analyse und Optimierung von Energieverbundsystem, Springer, Berlin Schulz, C., Kurrat, M., Waitschat, H. (2005) Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von Mini- Blockheizkraftwerken, EW Jg. 104 (2005), Heft 5, S.26 – 30 Stadtwerke Unna (2004) Powerkur für Unnas Kraftwerke (https://www.sw- unna.de/aktuell/detail/article/powerkur-fuer-unnas-kraftwerke/), Zugriff am 26.07.2017 Synwoldt, C. (2016) Dezentrale Energieversorgung mit regenerativen Energien: Technik, Märkte, kommunale Perspektiven, Springer Fachmedien, Wiesbaden Umweltbundesamt (2011) CO2-Emissionsminderung durch Ausbau, informationstechnische Vernetzung und Netzoptimierung von Anlagen dezentraler, fluktuierender und erneuerbarer Energienutzung in Deutschland (http://www.izes.de/sites/default/files/publikationen/EM_8_673.pdf), Zugriff am 27.07.2017 Umweltbundesamt (2017) Energieverbrauch privater Haushalte (https://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/energieverbrauch-privater-haushalte), Zugriff am 18.07.2017 Umweltbundesamt (o. J.) Emissionsquellen (https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima- energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/treibhausgas-emissionen/emissionsquellen#textpart-1), Zugriff am 24.07.2017 Vuille, F., Favrat, D., Erkman, S. (2015) Herausforderungen der Schweizer Energiewende verstehen, um zu wählen: 100 Fragen und Antworten, PPUR Presses polytechniques, Lausanne
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