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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

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STUDIENBEISPIELE •

STUDIENBEISPIELE • Abschätzungen zur Wirtschaftlichkeit von Erdkabeln als Alternative zu Freileitungen • Möglichkeiten zur Verringerung der Auswirkungen auf angrenzende ausländische Netze 2 Potenziale eines Einspeisemanagements Aufgrund ihrer begrenzten Prognostizierbarkeit verursacht die Einspeisung aus WEA bereits heute einen deutlichen Mehrbedarf an der für einen sicheren Netzbetrieb vorzuhaltenden Kraftwerksreserve. Für den in der Zukunft erwarteten Ausbau der Windenergie in Deutschland würde der Windprognosefehler zum dominierenden Faktor für die Bemessung der vorzuhaltenden Kraftwerksreserve. Durch ein Einspeisemanagement (ESM) kann zumindest teilweise eine Steuerbarkeit der WEA-Einspeisung erreicht und hierdurch der windbedingte Mehrbedarf an Kraftwerksreserve reduziert werden. Grundsätzlich sind zwei Arten der Drosselung von WEA denkbar. Bei der ersten Variante wird eine ständige Drosselung zur Bereitstellung von positiver und negativer Minutenreserve durchgeführt. Die technische Realisierbarkeit dieser Variante ist aufgrund der derzeit geltenden Fassung der strengen Präqualifikationsrichtlinien für Anbieter von Reserveleistung jedoch fraglich. Zudem ist sie auch wirtschaftlich ungünstig, da bei ständiger Androsselung von WEA ein großer Teil der potenziellen Einspeisung ungenutzt bleibt. Bei der zweiten Variante werden WEA nur zeitweise bei Auftreten von sehr großen WEA-Prognosefehlern gedrosselt, um negative Minutenreserve einzusparen. Diese Variante hat gegenüber der ersten den Vorteil, dass sie technisch einfach realisierbar ist. Zudem ist sie auch wirtschaftlich sinnvoll, da bereits bei sehr seltener Androsselung ein nicht vernachlässigbarer Teil an negativer Minutenreserveleistung eingespart werden kann. Eine mögliche Vorgehensweise beim Einsatz des ESM ist auf den folgenden beiden Bildern beispielhaft dargestellt. MW WEA-Einspeisung WEA-Prognose 0 h 24 h Bild 1: WEA-Einspeisung und –Prognose Um den windbedingten negativen Minutenreservebedarf zu senken, wird die WEA-Einspeisung soweit gedrosselt, dass der maximale positive Prognosefehler nach oben begrenzt wird. Die Grenze, ab der die Drosselung einsetzt, ist gestrichelt eingetragen (Bild 2). Die dann aufgrund ESM nicht eingespeiste Windenergie entspricht den in Bild 1 ausgefüllten Flächen. MW Grenze ESM WEA-Prognosefehler 0 h 24 h Bild 2: WEA-Prognosefehler bei Einsatz von ESM Im Folgenden werden die Auswirkungen eines ESM quantitativ abgeschätzt. Die installierte WEA-Leistung für das Jahr 2020 wird in Anlehnung an die dena- Netzstudie [1] und in Absprache mit dem Auftraggeber zwischen 30 GW und 48,2 GW angesetzt. Um den Einfluss des ESM auf den Minutenreservebedarf als auch auf die WEA-Einspeisung zu verdeutlichen, sind die Bandbreiten des windbedingten Mehrbedarfs an negativer Minutenreserve und der aufgrund von ESM nicht eingespeisten Energie aus WEA im gleichen Diagramm (Bild 3) dargestellt. Die oberen Schranken der Bänder entsprechen 48,2 GW, die unteren einer installierten WEA-Leistung von 30 GW. 6 ΔP [GW] ΔW [TWh/a] 4 0 0 5 10 15 % 25 30 WEA-Prognosefehler / P inst,WEA 118 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 10 8 2 Bild 3: Mehrbedarf an Minutenreserveleistung vs. nicht eingespeiste Energie über max. WEA- Prognosefehler Die rechten Enden der Kurven kennzeichnen den Fall ohne ESM. Die Schnittpunkte mit der Ordinate kennzeichnen vollständiges ESM, also der Einsatz des ESM schon bei der geringsten positiven Abweichung von der Prognose. Würde das ESM oberhalb einem WEA- Prognosefehler von ca. 14% angewendet (entspricht einem Einsatz von ca. 100 Stunden pro Jahr), dann könnte der windbedingte Mehrbedarf an negativer Minutenreserveleistung auf ungefähr 5,2 GW (bei 48,2 GW installierter WEA-Leistung), also um ca. 45% gesenkt werden. Dabei würden 200 GWh/a an WEA- Einspeisung, das entspricht 0,2% der erwarteten jährlichen Gesamteinspeisung, nicht genutzt werden. Bewertet man die nicht eingespeiste Windenergie mit der

Einspeisevergütung und die eingesparte Minutenreserve mit heutigen Marktpreisen, zeigt sich, dass die Anwendung von ESM in größerem Umfang wirtschaftlich sein kann. Eine volkswirtschaftliche Betrachtung unter Berücksichtigung des Klimaschutzes würde eine genauere Untersuchung erfordern. 3 Potenziale eines Intraday-Handels Die Einspeisung großer WEA-Kollektive weist aufgrund von Ausgleichseffekten nur relativ geringe Gradienten auf. Basierend auf Kurzzeitprognosen wenige Stunden vor dem Betrieb, die im Vergleich zu den für die Fahrplananmeldung eingesetzten Vortagesprognosen deutlich höhere Prognosegüten aufweisen, könnte der Windprognosefehler zu einem bedeutenden Anteil durch eine zusätzliche, längerfristig aktivierbare Stundenreserve abgedeckt werden. Geringere Anforderungen an die Aktivierungszeit aufgrund längerer Vorlaufzeiten als bei der innerhalb von 15 Minuten aktivierbaren Minutenreserve lassen für eine solche Reserve geringere spezifische Kosten erwarten. Die Beschaffung dieser längerfristigen Reserve könnte neben einer öffentlichen Ausschreibung, wie bei anderen Reservearten, über einen ausreichend liquiden Intraday-Handel erfolgen. Für eine beispielhafte Regelzone und eine in Deutschland angenommene installierte WEA-Leistung von 30 GW sind in Bild 4 die Kosten der Reservevorhaltung bei heutigen Marktpreisen dargestellt. Für das heute nicht erhältliche Produkt der Stundenreserve wird gemäß einer Analyse der europäischen Intraday-Märkte angenommen, dass es im Gegensatz zur Minutenreserve keinen Leistungspreis hat. Der Arbeitspreis der Stundenreserve entspricht dem mittleren Spotmarktpreis. Wie Bild 4 zeigt, kann durch den Einsatz von Stundenreserve trotz der geringeren spezifischen Kosten der Beschaffung am Intradaymarkt kein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil gegenüber der heute ausschließlichen Vorhaltung von Minutenreserve erzielt werden. Dies ist auf den in Summe steigenden Beschaffungsbedarf zurückzuführen. 4 Potenziale eines Lastmanagements Eine jederzeit ausgeglichene Leistungsbilanz im Elektrizitätsverbund wird derzeit durch die Bereitstellung von Regel- und Reserveleistung – also durch eine Anpassung der Einspeisung – gewährleistet. Die prinzipiell ebenso mögliche Anpassung des Bedarfs durch ein nachfrageseitiges Lastmanagement wird bisher hingegen nur in geringem Umfang genutzt. Vor dem Hintergrund einer sich verändernden Erzeugungsstruktur, die durch die verstärkte Einbindung der dargebotsabhängigen Windenergie zukünftig noch weit STUDIENBEISPIELE größeren Unsicherheiten unterliegt, könnte es sinnvoll sein, die Steuerung der Last stärker als bisher zum Leistungsbilanzausgleich einzusetzen. Mio. €/a IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 119 600 300 150 0 Beschaffung Intraday-Markt Negative Minutenreserve Positive Minutenreserve Day-Ahead 4h 2h Bild 4: Kosten der Reservebeschaffung für eine beispielhafte Regelzone Industriekunden nehmen z. T. bereits heute mit ihren disponiblen Prozessen (z. B. Chlorelektrolyse) unter Beachtung der Präqualifikationsrichtlinien am Minutenreservemarkt teil. Der Anreiz für Unternehmen, diese zusätzliche Vermarktungsmöglichkeit zu nutzen, ergibt sich aus den erzielbaren Preisen. Somit ist hier das zukünftige Preisniveau für Minutenreserve entscheidend. Weiterhin ist grundsätzlich auch eine Lastabschaltung bei privaten Haushalten denkbar. Hier kommt jedoch nur die verschiebbare Nutzung elektrische Geräte, wie der Waschmaschine, Spülmaschine, dem Trockner oder des Kühlschranks in Betracht. Durchgeführte Feldstudien [2] zeigen, dass Kunden häufig Vorbehalte gegen die extern veranlasste Abschaltung der Geräte haben, da ihnen die persönliche Kontrolle über das Gerät fehlt und zudem versicherungstechnische Bedingungen der u. U. fehlenden Beaufsichtigung fraglich sind. Des Weiteren stehen dem, bei einer flächendeckenden Anwendung, großen Potenzial die nicht unerheblichen Anschaffungskosten je Haushalt für elektronischen Drehstromzähler, Anzeigegerät, Stromwertschalter und Signalübertragungsgerät gegenüber. 5 Bewertung des Lastprognosefehlers Mit dem durch die Liberalisierung bedingten Unbundling hat sich die Informationsbasis für den Übertragungsnetzbetreiber und damit dessen Durchführung der Prognose zukünftiger Netzsituationen stark verändert. Dies hat insbesondere auch Auswirkungen auf die Lastprognose, die einen wesentlichen Einfluss auf den Regel- und Reserveenergiebedarf besitzt. In diesem Abschnitt wird einerseits die Entwicklung des Lastprognosefehlers eingeschätzt und andererseits Ansätze zur Erhöhung der Prognosegüte hinsichtlich ihrer Potenziale bewertet. Die Ansätze zur Erhöhung der Prognosegüte hinterfragen auch die derzeitige Aufteilung Deutschlands in vier Regelzonen mit jeweils getrennter

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