Virtuelle kraftwerke

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

4
Abbildung 1: Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte (1990 bis 2015)3
3

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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
Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. XXXV.

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
36

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.

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

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

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.

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
46

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.

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

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
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.

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.

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
Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung, S. XXXIII.

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
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.

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.

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.

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.

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.

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
72

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%

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

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

Ø jährlicher Mehrerlös für Anlagenbetreiber (€) 7.366.303,34
Ø jährlicher Mehrerlös pro Anlage (€/Stk) 46.919,13
Tabelle 6: Kennzahlen des Beispielszenarios75
75

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.

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.

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

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),
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

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

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),
Umweltbundesamt (o. J.) Emissionsquellen (https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-
energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/treibhausgas-emissionen/emissionsquellen#textpart-1),
Vuille, F., Favrat, D., Erkman, S. (2015) Herausforderungen der Schweizer Energiewende verstehen, um
zu wählen: 100 Fragen und Antworten, PPUR Presses polytechniques, Lausanne

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,
Springer Fachmedien, Wiesbaden
Zapf, M. (2017) Stromspeicher und Power-to-Gas im deutschen Energiesystem: Rahmenbedingungen,
Bedarf und Einsatzmöglichkeiten, Springer Fachmedien, Wiesbaden

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