Studie 01.06.2016, 11:14 Uhr

Der Markt für virtuelle Kraftwerke wächst

Mit der Energiewende gewinnen erneuerbare Energiequellen, neue Speichertechnologien und dezentrale Versorgungskonzepte an Bedeutung. Eine wichtige Bedeutung kommt dabei virtuellen Kraftwerken zu. Sie koordinieren und schließen dezentrale Erzeuger mit dem Ziel einer sinnvollen Nutzung zusammen. Mit der aktuellen Situation auf dem deutschen Markt sowie den europäischen und internationalen Einflüssen beschäftigt sich die PricewaterhouseCoopers AG (PwC) in ihrer Studie „Märkte und Technik Virtueller Kraftwerke“.

Smart Grids – intelligente Stromnetze: 3D-Illustration.
Bild: ag visuell

Smart Grids – intelligente Stromnetze: 3D-Illustration. Bild: ag visuell

Der Strommarkt in Deutschland entwickelt sich weg von zentralen Erzeugungsanlagen und langfristiger Kapazitätsvorhaltung. Das neue Strommarktgesetz stellt diese Weichen. Ein Kapazitätsmarkt ist darin gegenwärtig nicht vorgesehen. Dezentrale Strukturen und eine freie Preisbildung sollen – durch Gesetze gefördert – zunehmend die Hauptrolle spielen. Dazu gehört auch, dass die Digitalisierung des Strommarkts weiter voranschreitet. Dies kann für ein Energieunternehmen viel Aufwand bedeuten. Wenn aber Chancen richtig genutzt und Risiken entsprechend einkalkuliert werden, kann ein Unternehmen an Reaktionsgeschwindigkeit auf einem sich ständig verändernden Markt gewinnen und so von den Neuerungen profitieren.

Virtuelle Kraftwerke (VKW) sind hier ein Erfolg versprechender Ansatz. Sie fassen verschiedene dezentrale Einheiten zu einem Verbund zusammen, der elektrische Leistung nachfragegerecht bereitstellen kann: Wenn die Summe der Stromeinspeisungen von der Nachfrage abweicht, besteht Bedarf an Regelleistung. Diese muss von den Übertragungsnetzbetreibern bereitgestellt werden, indem sie Kraftwerksleistungen nach oben oder unten regeln. Infolge der Volatilität der Stromeinspeisung aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen nimmt der Bedarf an Regelleistung zu, da der regenerative Anteil im Rahmen der Energiewende stetig wächst.

Neue Geschäftsfelder für Energieversorgungsunternehmen durch die dezentrale Prozesstechnik von virtuellen Kraftwerken. Bild: PricewaterhouseCoopers

Neue Geschäftsfelder für Energieversorgungsunternehmen durch die dezentrale Prozesstechnik von virtuellen Kraftwerken. Bild: PricewaterhouseCoopers

VKW können auch ein Weg sein, der dem geforderten, innovativen Ansatz nach dem Weißbuch 2015 zum Strommarkt 2.0 entspricht. Das Konzept des virtuellen Kraftwerks eröffnet durch seine Bündelung von beeinflussbaren Erzeugungs-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten über eine zentrale, intelligente Steuerung zudem Möglichkeiten, bestehende Strukturen des Energieversorgungssystems zu ergänzen und zu optimieren. Dies setzt voraus, dass kommerzielle IT-Systeme mit den steuer- und regelungstechnischen Komponenten der Anlagen kompatibel sind. Dann können optimale Einsatzfahrpläne, entsprechende Prognosealgorithmen und leittechnische Komponenten zur Ansteuerung und Überwachung der dezentralen Anlagen erstellt und eingesetzt werden. Dadurch gelingt eine flexible Nutzung der Energie. Gleichzeitig erhält ein Unternehmen so einen optimalen Marktzugang. Der Erfolg der Umsetzung hängt also sowohl vom IT-Know-how als auch vom Business-Verständnis ab.

Die PwC-Studie „Märkte und Technik Virtueller Kraftwerke“ 1) gibt Antworten auf die Frage, welche Dienstleistungen hier angeboten werden und wie dieser Markt strukturiert ist. Sie wurde auf der VDI-Fachkonferenz „Virtuelle Kraftwerke 2.0“ vorgestellt, die vom 31. Mai bis 1. Juni 2016 in Würzburg stattfand. Da sich der entsprechende Markt sehr dynamisch verhält, beziehen sich die folgenden Angaben auf den Untersuchungszeitraum 2015 / 2016.

Überblick über die Betreiber

Vor der Antwort, wer VKW betreibt, ist eine Definition dieses Begriffs erforderlich. Er beschreibt eine zentrale Steuerung und automatisierte Optimierung mehrerer Stromerzeugungs-, Speicher- und Verbrauchsanlagen. Die technische Einheit dieser dezentralen Einzelanlagen befindet sich lediglich in der zentralen Steuerung und der dazugehörigen IT – davon leitet sich die Bezeichnung „virtuell“ ab. Ziel eines solchen Kraftwerks ist es, positive strategische und betriebswirtschaftliche Effekte für den Betreiber zu generieren.

So gesehen könnte jedes Unternehmen, das über mehrere Kraftwerke verfügt und diese an zentraler Stelle optimiert, als Betreiber eines virtuellen Kraftwerks gelten. Viel spannender ist jedoch die Frage, wer sein virtuelles Kraftwerk anbietet, um die Anlagen von Partnern und Kunden zu integrieren und seine Erlöse mit diesen Partnern und Kunden teilt – insbesondere, wenn man VKW als das Instrument zur Marktintegration fluktuierender Einspeisungen versteht.

Als offensive Anbieter von VKW-Dienstleistungen treten derzeit 36 Anbieter in Deutschland auf. Sechs Anbieter kommen aus dem Umfeld mittelgroßer EVU und Stadtwerkekooperationen, die restlichen Anbieter sind jeweils zur Hälfte EVU mit einem Jahresumsatz von mehr als 1 Mrd. € und Unternehmen aus nicht-traditionellen Versorgungsbereichen – zum Beispiel Technologiekonzerne, nicht-vertikal-integrierte Energiehändler und Energiedienstleister sowie Start-up-Unternehmen.

Weitere potenzielle und teilweise auch schon in Deutschland aktive Anbieter sind EVU des europäischen Auslands, die traditionell Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen unter Einbezug lokaler Speichermöglichkeiten bündeln und optimieren. Sie bringen vorhandenes Know-how und technische Infrastruktur über alle Wertschöpfungsstufen ein. Entsprechende Beispiele finden sich unter anderem in Skandinavien, den Alpenregionen, aber auch auf der iberischen Halbinsel.

Vermehrt interessieren sich Internet-Technologieanbieter für VKW, da sie die Technologie zum Verarbeiten extrem großer Datenmengen in Echtzeit beherrschen. Sie sind mit den von ihnen betriebenen Rechenzentren und den dort häufig installierten dezentralen Erzeugungsanlagen außerdem selbst aktive Teilnehmer am Energiemarkt.

Insgesamt kann in den nächsten ein bis zwei Jahren von einer zwei- bis dreifachen Anzahl offensiver Anbieter ausgegangen werden.

Wie sieht das Dienstleistungsangebot aus?

Entsprechend dieser heterogenen VKW-Betreiberlandschaft fällt auch der Leistungsumfang der Angebote aus. Sie beginnen bei reinen Direktvermarktungen. Hier werden die Mengen der Anlagenbetreiber ohne aktive Beeinflussung durch den VKW-Betreiber aufgenommen, gepoolt und am Energy-Only-Market gehandelt, also einem Markt, der Strom nach erbrachter Arbeit (kWh) und nicht nach vorgehaltener Leistung (kW) vergütet. In den meisten Fällen läuft dieses Portfolio noch autark neben dem Management eigener Kraftwerkskapazitäten. Sie erstrecken sich – je nach Unternehmensaufstellung – von kleineren Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen bis hin zu konventionellen Erzeugungsanlagen.

Wenn aber die Anlagenfahrweise durch die Vorgabe von Einsatzfahrplänen durch den VKW-Betreiber beeinflusst wird, ermöglicht dies Zusatzerlöse im Day-­Ahead- und Intraday-Bereich. Solche Flexibilitätsleistungen bieten etwa ein Drittel der VKW-Betreiber an.

Ein weiteres Angebot besteht in der Regelleistungsvermarktung. Bei dieser platziert der VKW-Betreiber die gepoolten Anlagen auf dem Minutenreserve-Markt oder in der Sekundärregelung. Dies erfolgt entweder anlagenweise oder als Pool. Mit dieser Bündelung können auch Anlagen integriert werden, deren Anlagenleistung oder Regelfähigkeit nicht für eine Regelleistungserbringung geeignet ist. Vereinzelt gibt es sogar Überlegungen und Pilotprojekte, die in den Bereich der Primärregelung gehen.

Nicht alle VKW-Betreiber vermarkten jeden Anlagentyp. Einige konzentrieren ihre Dienstleistung ausschließlich auf einen Anlagentyp, beispielsweise Windkraftanlagen, Biogasanlagen oder Photovoltaik. Es gibt aber VKW-Betreiber, die bevorzugt oder ausschließlich mit steuer- oder zumindest schaltbaren Verbrauchsanlagen arbeiten. Aktuell bieten lediglich rund zehn Prozent der Betreiber ihre Dienstleistung für alle gängigen Anlagentypen an. Auch diese setzen jedoch andere VKW-Dienstleister ein, um die Anforderungen des Massenmarkts, also dem Management vieler gleichartiger dezentraler Anlagen, nicht oder zunächst nicht selbst erfüllen zu müssen.

Welche Rahmenbedingungen müssen erfüllt werden?

Die angebotenen Dienstleistungen bestimmen, welche technische und organisatorische Infrastruktur jeweils vor Ort notwendig ist. Geht es um die reine Direktvermarktung, so wird vor allem die Erstellung von Prognosen, die Messwerterfassung sowie Beschaffung, Handel, Bilanzkreis- und Fahrplanmanagement benötigt. Dies kann eine gut funktionierende zeitreihenorientierte Systemumgebung mit Energiedatenmanagement, Portfoliomanagement und Handelssystem sicherstellen.

Dafür sind mathematische Optimierungswerkzeuge eine zwingende Voraussetzung. Sie bilden die reale Anlagen- und Vertragswelt hinreichend ab und liefern mit hoher Performance die benötigten Ergebnisse. Darüber hinaus sind leittechnische Komponenten erforderlich. Das können entweder klassische SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) oder Web-basierende Eigenentwicklungen sein. Deren Ziel ist es, die technischen Prozesse zu überwachen und zu steuern. Dafür erfassen die Computer-Systeme an zentraler Stelle die Zustände der Anlagen und beeinflussen ihre Fahrweise.

Die Ausführungen zeigen das notwendige Anbieterspektrum. Sowohl die traditionellen Anbieter energiewirtschaftlicher IT als auch Anlagenbauer, Leitsystemhersteller und auf die Optimierung spezialisierte Unternehmen sind hier gefragt. Im direkten Wettbewerb dazu stehen diejenigen Häuser, die – beispielsweise im Fall von Web-Technologieanbietern – diese Systeme inklusive sekundärtechnischer Komponenten selbst herstellen und pflegen.

An wen richtet sich das Angebot?

Mit der Anpassung auf Anlagenebene wird auch der Bereich des Kunden betreten, nämlich des Anlagenbetreibers, der vom virtuellen Kraftwerk profitieren soll. Vordergründig sind dies Verbraucher mit eigenen Erzeugungskapazitäten: Haushalts- und Gewerbekunden mit eigener Photovoltaik- oder Mikro-Block-Heizkraftwerk-Anlage bis zur Großindustrie mit eigenen Erzeugungsanlagen. Neben diesen „Prosumern“ sind auch diejenigen EVU Kunden, die kein eigenes virtuelles Kraftwerk betreiben, aber ihren Kunden einen Vermarktungszugang bieten und gegebenenfalls auch mit eigenen Erzeugungskapazitäten Zusatzerlöse erwirtschaften wollen.

Weiter gedacht sind auch Verteilernetzbetreiber potenzielle Kunden. Wenn eine dezentrale Smart-Grid-Infrastruktur aus „eigener Kraft“, zum Beispiel durch Einsatz von intelligenten Ortsnetztransformatoren, die Netzstabilität nicht mehr gewährleisten kann, werden heute per Abschaltungen Systemdienstleistungen in Anspruch genommen. Dieses Werkzeug darf jedoch nur eingeschränkt verwendet werden. Für eine latente dezentrale Regelungsdienstleistung wird die von der Bundesnetzagentur im November 2011 skizzierte Smart-Market-Lösung erforderlich, bei der das virtuelle Kraftwerk als Dienstleistung für den Netzbetreiber Anlagen netzorientiert einsetzt.

Fazit und Ausblick

Der Markt der virtuellen Kraftwerke ist noch heterogen ausgeprägt. Er gewinnt erst durch die aktuellen regulatorischen Entwicklungen die notwendigen Anreize. Dadurch werden verstärkt neue VKW-­Betreiber kurzfristig in den Markt eintreten. Einerseits ist die bereits breitflächige Dezentralisierung der Einspeisung ein wesentlicher Antrieb für die Einführung und Förderung virtueller Kraftwerke. Andererseits werden sie durch die gewollte Erneuerbare-Energien-Marktintegration, E-Mobility, die EU-weite Marktöffnung und die Einführung intelligenter Messsysteme gefördert. Diesen positiven Faktoren steht der geplante Ausbau der Stromnetze in Deutschland und Europa entgegen. So würde eine europaweite oder deutschlandweite „Kupferplatte“ den Einsatz virtueller Kraftwerke auf dezentraler Ebene eher konterkarieren. Es bleibt auch abzuwarten, ob die Entscheidung gegen einen Kapazitätsmarkt in dieser Konsequenz durchhaltbar sein wird. Nach heutiger Einschätzung kann aber aktuell eher von einem Wachstumsmarkt virtueller Kraftwerke ausgegangen werden. Nicht zuletzt deshalb, da ein wesentlicher Eckpunkt des Strommarkts 2.0 die Vermeidung von Netzausbauten durch die bessere Abstimmung von Verbrauch und Einspeisung ist.

 

„Virtuelle Kraftwerke 2.0“

Die VDI-Fachkonferenz „Virtuelle Kraftwerke 2.0“ fand vom 31. Mai bis zum 1. Juni 2016 in Würzburg statt. Im Fokus der Veranstaltung standen die Weiterentwicklung und der Ausbau von virtuellen Kraftwerken. Insbesondere wurden die Digitalisierung, die geänderten Rahmenbedingungen und die Datensicherheit diskutiert. Weitere Themenschwerpunkte bildeten die Skalierbarkeit beim Ausbau von virtuellen Kraftwerken und die Standardisierung der Kommunikationsschnittstellen.

 

Literatur:

1) Albersmann, J.; Theile, H.: Märkte und Technik Virtueller Kraftwerke. PricewaterhouseCoopers AG, Frankfurt am Main, erscheint voraussichtlich Ende Juni 2016.

Von Dipl.-Ing. Joachim Albersmann und Hannes Theile

Dipl.-Ing. Joachim Albersmann, Jahrgang 1962, Studium der Allgemeinen Elektrotechnik an der Technischen Hochschule Darmstadt. Von 1988 bis 2003 Leiter Solution Sales und internationaler Produktmanager Netzleittechnik bei der ABB AG, Mannheim. 2003 bis 2005 Senior Consultant Pluralis AG, Mainz. 2005 bis 2009 Practice Manager Energy & Utilities bei der Logica Deutschland GmbH, Frankfurt am Main. Seit 2009 Senior Manager Energy Consulting, PricewaterhouseCoopers AG, Frankfurt am Main. B.Sc.

Hannes Theile, Jahrgang 1992, Studium der Wirtschaftsinformatik an der IBS IT & Business School Oldenburg. Von 2012 bis 2016 Duales Studium im EWE-Konzern, Oldenburg. Seit 2016 Consultant Energy Consulting, PricewaterhouseCoopers AG, Frankfurt am Main.

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