Smart Balancing – Kann Transparenz Kosten reduzieren und neue Geschäftsmodelle ermöglichen?

von NEW 4.0 Gastautor, 
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NEW 4.0 denkt groß. Das Projekt will mit seinen Use Cases viele Herausforderungen der Energiewende vordenken. Die insgesamt sechs Use Cases sollen zeigen, dass ein effizienter und sicherer Netzbetrieb bei hohen Anteilen erneuerbaren Energien möglich ist. Gelingt dies, zeigt NEW 4.0, das ein zentraler Beitrag zum Bewältigen der Energiewende erbracht werden kann.

Wie funktioniert das? Die Use Cases demonstrieren eine verbesserte Erbringung von Systemdienstleistungen durch erneuerbare Energien-Anlagen und flexible Lasten und können so konventionelle Kraftwerke auf Dauer obsolet machen. In diesem Artikel schauen wir auf den Use Case 3.

Smart Balancing: Die Hintergründe

Ausgangspunkt sind die Bilanzkreise und seine Manager. Das gesamte Bundesgebiet wurde in der Energiewirtschaft in Bilanzkreise zusammengefasst. Sie sind ein Hilfsmittel, mit denen an den Strombörsen festgestellt wird, wieviel Strom in Deutschland benötigt wird und wieviel Strom verfügbar ist. Bilanzkreise sind demnach nichts anderes als virtuelle Konten von Energiemengen, durch die sich der Strompreis definiert und Fahrpläne der benötigten und der verfügbaren Energie erstellt werden.

Die Bilanzkreisverantwortlichen (BKV) übermitteln ihren Fahrplan, der erfasst, wieviel Strom ein Kreis in Zukunft benötigt oder liefert. Die Stromlieferanten garantieren, dass die verkaufte Energiemenge eingespeist wird. Stromverbraucher müssen die eingekauften Mengen verbrauchen. Die BKV sind dafür verantwortlich, jede Viertelstunde eine ausgeglichene Bilanz zwischen den gehandelten (SOLL = Fahrplan) und den tatsächlichen (IST = Messungen) Energieflüssen zu erreichen.

Die BKV sind verpflichtet, für eine ausgeglichene Viertelstunden-Energiebilanz ihrer Bilanzkreise zu sorgen. Dafür müssen sie die Fahrplanabweichungen möglichst gering halten. Grund dafür ist die Annahme, dass eine möglichst geringe Abweichung in allen Bilanzkreisen auch automatisch den Einsatz der Ausgleichsenergie minimiert. Die BKV dürfen dabei ihre Flexibilitäten heute am Markt für Regelenergie anbieten oder bis 15 Minuten vor Echtzeit am Intra-day Markt handeln. Vom Fahrplan darf nicht abgewichen werden.

Smart Balancing – heute keine Option?

Werden gehandelte Energiemengen nicht geliefert oder verbraucht, müssen diese Unterschiede vom jeweiligen Netzbetreiber durch Ausgleichsenergie ausgeglichen werden. Der Netzbetreiber ermittelt dafür das Ungleichgewicht der Regelzone (Summe alle Fahrplanabweichungen). Dieses Regelzonenungleichgewicht wird ausgeregelt. Der Netzbetreiber legt die Kosten für in Anspruch genommene Ausgleichsenergie auf die BKV um. Und hier, versteckt in der Berechnung der Umlage, begründet sich ein Paradox: Es gibt in Deutschland einen finanziellen Anreiz (der Ausgleichsenergiepreis) gegen geltendes Recht (die Fahrplantreue) zu verstoßen.

Ein praktisches Beispiel, veranschaulicht in Abbildung 1: In einem Bilanzkreis fällt ein Kraftwerke aus. Das entstandene Ungleichgewicht im Stromnetze ist heute nur dem Netzbetreiber gekannt. Andere BKV haben wie üblich ihre Fahrplanabweichung ausgeglichen und dadurch ggf. zum Ungleichgewicht beigetragen, denn Sie wissen ja nichts von dem Vorfall im Netz. Die Kosten für die Aktivierung der Regelenergie (inkl. die zum Ausgleich des Kraftwerks nötig ist) werden auf diejenigen BKV umgelegt, die zum Ungleichgewicht beigetragen habe. Die BVKs, die von Ihrem Fahrplan systemdienlich abgewichen sind, erhalten dagegen eine Vergütung.

Abbildung 1: Strommärkte und Regelenergie, fiktiver Kraftwerksausfall

Ob ein BKV zum Problem oder zur Lösung beigetragen und dabei Geld verloren oder erwirtschaftet hat, wird erst nachläufig bekannt gegeben. Echtzeit-Informationen über das Ungleichgewicht liegen nicht vor.

Dabei könnte die Erzeugung oder der Verbrauch von Energie oft auch kurzfristig angepasst werden. Smart Balancing wäre von manchen BKV schon heute technisch umsetzbar. Im Kontext der Energiewende und zunehmender digitaler Steuerungsmöglichkeiten von Verbrauchern und Erzeugern steigt das Potential stetig weiter. Allerdings ist dies im aktuellen deutschen Rechtsrahmen, trotz des existierenden finanziellen Anreizes, nicht vorgesehen.

Das Paradox lösen

Heute gibt es für die BKV in Deutschland keine offizielle Möglichkeit die momentane Abweichung ihres Bilanzkreises mit der Abweichung der zuständigen Regelzone vom Gesamtfahrplan (Last und Erzeugung) zu vergleichen.

Noch einmal das Paradox: Zum einen sind BKV mit systemdienlicher Fahrplanabweichung angehalten, diese physikalisch auszugleichen und vergrößern damit noch das Ungleichgewicht. Zweitens, finanziell belohnt wird eine systemdienliche Fahrplanabweichung schon heute, aber laut geltendem Recht ist diese zu vermeiden.

Durch die Aufhebung der Fahrplantreue und gleichzeitiger Einführung von Transparenz über das Ungleichgewicht der Regelzone könnte Smart Balancing realisiert werden. BKV können dadurch systemdienliche Fahrplanabweichungen stehen lassen oder herbeiführen, um die Regelzonenabweichung zu verkleinern und den Einsatz von Regelenergie zu vermeiden, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Smart Balancing, fiktiver Kraftwerksausfall und Echtzeit-Preissignal

Das Team rund um den Use Case 3 arbeitet daran, dass das System der Bilanzkreise in Deutschland transparenter wird. Dabei stehen folgende Fragen im Mittelpunkt:

Wie müssen Regelenergiemärkte und Mechanismen des Ausgleichs von Regelzonen (in Deutschland und Europa) ausgestaltet werden, um 

  • die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. 
  • die Integration von hohen Anteilen volatiler erneuerbarer Energieträger zu ermöglichen.
  • die volkswirtschaftlichen Kosten so weit wie möglich zu reduzieren.
  • die Kopplung mit den Intra-day Märkten zu ermöglichen.
  • Flexibilität einen „Wert“ (Echtzeit-Preis) zu geben.
  • ein Geschäftsmodel für Sektorenkopplung, Batteriespeicher und DSI zu bieten.

Transparente Balancing Markets – ein erprobter Lösungsansatz

Diese Transparenz gibt es bereits in den Niederlanden. Dort werden den BKV Echtzeitinformation (Regelzonenabweichung und Ausgleichsenergiepreis) von dem Netzbetreiber zur Verfügung gestellt. [1]

Die Definition für Smart Balancing liest sich wie folgt: Smart Balancing steht für mitregelnde Bilanzkreisverantwortliche, die mit systemdienlichen Fahrplanabweichungen die Aktivierung von Regelenergie durch die Übertragungsnetzbetreibers reduzieren.

In den Niederlanden werden die BKV in Echtzeit über die Gesamtabweichung der Regelzone informiert. Zudem wird die Information zu den dadurch entstandenen Kosten für Ausgleichsenergie mitgeliefert. Die Bilanzkreisverantwortlichen können dann Ihre aktuelle Abweichung mit der Regelzonenabweichung vergleichen. Bei gegenläufiger Abweichung (Einspeisung vs. Entnahme von Strom), gleichen sie Ihre Bilanzabweichungen nicht aus, da diese das System zu dem Zeitpunkt stützt.

Zum Ausgleich kann eigene Flexibilität oder auch kurzfristig auf dem Markt gekaufte Flexibilität verwendet werden. Diese Transparenz führt zur Stabilisierung der gesamten Regelzone und spart Kosten ein. Die BKV sparen sich demnach die Anpassung von gegenläufiger Abweichung, die im aktuellen deutschen Modell noch doppelt Kosten verursachen.

Mit Smart Balancing wird also ein Instrument geschaffen, mit dem BKVs ihre Flexibilität systemdienlich einsetzen können. Neben der Ersparnis durch weniger Regelenergie stellt ein Echtzeitpreissignal auch einen Business Case für Batteriespeicher, Sektorenkopplung und Demand Site Integration (DSI) dar.

Was genau haben die Personen hinter UC 3 vor?

NEW 4.0 Mitarbeiter haben erste Erkenntnisse rund um das Thema Smart Balancing veröffentlicht. Es liegt z.B. die Vermutung nahe, dass Regelenergieanbieter eine sogenannte „Anker-Strategie“ auf den Regelenergiemärkten (für Sekundärregelleistung und Minutenreserven) anwenden. Beim Abruf der Regelenergie werden Echtzeit-(Preis)Informationen gewonnen und daher zum Smart Balancing genutzt. Die Verpflichtung der Fahrplantreue wird vernachlässigt, weil finanzielle Anreize locken. Diese Informationen sind aber unvollständig und nicht immer kohärent mit dem Ungleichgewicht, weswegen eine systemdienliche Fahrplanabweichung nicht zwangsweise gegeben ist. [2]

In NEW 4.0 wird das Verhalten der BKV in Deutschland mit und ohne Transparenz simuliert, um Erkenntnisse zu volkswirtschaftlich vorteilhaften Marktregeln zu generieren. Die Ergebnisse sollten sowohl in der europäischen Regulatorik, bei der andauernden Vereinheitlichung der  europäischen Märkte, als auch im deutschen Recht berücksichtigt werden. [3]

Im Rahmen des Projektes NEW 4.0 wird nicht nur die Eignung von Smart Balancing für das deutsche Energiesystem untersucht, es werden darüber hinaus auch die technischen und rechtlichen Schritte erarbeitet, welche es für die Einführung bräuchte.

Autor

Profilbild: Felix Röben

Felix Röben: Seit Dezember 2016 arbeite ich im Projekt NEW 4.0 an Herausforderungen der Energiewende. Als Mitarbeiter der HAW Hamburg und des Fraunhofer ISIT schreibe ich meine Doktorarbeit über Smart Balancing und Marktmechanismen zur Erbringung von Regelleistung. Die Ergebnisse werden u.A. in der berufsbegleitenden Weiterbildung „Märkte und Smart Balancing“ verwertet, welche erstmals im Q2/2020 stattfinden wird.

[1] Felix Röben, Hans Schäfers, „Integration of power balancing markets - transparancy as design variable”, 41th IAEE Conference Transforming Energy Markets, June 2018, Groningen, Netherlands

[2] Felix Röben, Jerom E.S. de Haan, “Market response for real-time energy balancing - Evidence from three countries”, 16th International IEEE Conference on the European Energy Market (EEM2019), September 2019, Ljubljana, Slovenia

[3] Felix Röben, „Comparison of European power balancing markets – Barriers to integration“, 15th International IEEE Conference on the European Energy Market (EEM2018), June 2018, Lodz, Poland

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