Einbindung industrieller Energiesysteme in regionale Strommärkte zur Stabilisierung des Stromnetzes
Damit Verbraucher und Industrie möglichst schnell mit immer größeren Anteilen von Wind- und Solarstrom versorgt werden können, muss das deutsche Energiesystem flexibler werden. Das geht nicht ohne die Industrie. Als einer der größten Energiekunden sollte sie künftig mit ihrem Bedarf aber auch mit der Bereitstellung und Speicherung von Energie aktiv und flexibel an den Energiemärkten handeln. Wie das geht und wie sich das lohnen kann, erforscht, erprobt und verwirklicht angewandte Forschung der Berliner Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI) aus der Zuse-Gemeinschaft.
Hochspannungsleitung – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Rund 28 Prozent des deutschen Endenergieverbrauchs entfallen auf die Industrie. Für die Energiewende nimmt der Sektor auch deshalb eine Schlüsselstellung ein, weil er hohe Bedarfe sowohl an Strom wie auch an Wärme bzw. Kälte hat. Für die künftig erforderliche erhöhte Flexibilität an den Energiemärkten müssen jedoch Wärme- und Strommarkt gemeinsam für höhere Anteile erneuerbarer Energien erschlossen werden. Die GFaI entwickelt aktuell mit Partnern im vom BMWi geförderten Projekt „Flexibilitätswende“ Modelle, um für Industriebetriebe die Eintrittsschwelle zur Teilnahme an den Energiemärkten zu senken. Das geht mit möglichst praxisnahen Software-Prototypen, die aber dennoch aufs jeweilige Unternehmen angepasst werden müssen, z.B. einen Chemiepark.
Rund 4.000 Variablen müssen die Informatiker aus Berlin-Adlershof zur Beschreibung des jeweiligen Energiesystems verknüpfen, bevor sie sich ans Rechnen machen können. Ein Beispiel: Die Teilnahme am Regelenergiemarkt, über den die Übertragungsnetzbetreiber unvorhergesehene, kurzfristige Ungleichgewichte zwischen Stromangebot und Stromnachfrage ausgleichen. Das geht z.B. mit Gasturbinen, die so mancher Großbetrieb schon heute auf dem Betriebsgelände installiert hat. Damit er künftig den Strom auch verkauft, helfen die IT-Spezialisten der GFaI, einem Mitglied der Zuse-Gemeinschaft.
In den entwickelten Modellen werden dazu das Bietverhalten am Markt und die Abrufe der Regelenergie für unterschiedliche Anlagen im Energiesystem berücksichtigt. Die Auswertung der Variablen wird im Software-Prototyp anhand eines Optimierungsproblems realisiert und das Ergebnis kann zur Bewertung der Vermarktungsoptionen für unterschiedliche Anlagen genutzt werden. Beispielsweise können laut einer GFaI-Beispielrechnung durch die Vermarktung von Sekundärregelleistung mit der genannten Gasturbine zwischen 10.000 bis 47.000 Euro pro Jahr an Gewinn pro eingesetztem Megawatt (MW) Leistung erwirtschaftet werden. „Wie das Beispiel zeigt, kann sich die Bereitstellung von Regelenergie und damit die aktive Teilnahme am Strommarkt für Industriebetriebe durchaus rechnen“, resümiert GFaI-Experte Joram Wasserfall ein vorläufiges Zwischenergebnis zur Halbzeit des Projekts, das noch bis Herbst 2022 läuft.
Die Bereitstellung von Regelleistung durch eine Gasturbine, die sich statt mit Erdgas auch mit Biogas oder aus Wasserstoff gewonnenem Methan betreiben lässt, ist nur eine Option neben weiteren Möglichkeiten zur Teilnahme am Energiemarkt. Weitere Bausteine sind die Deckung des betrieblichen Eigenbedarfs an Strom und Wärme sowie der mögliche Handel an der Strombörse. „Im Projekt forschen wir daran, wie sich Energiemärkte der Zukunft am besten beschreiben lassen. Auf der Basis sollen dann Einzelfalllösungen verlässlich erstellt werden können“, erklärt GFaI-Projektleiter Stefan Kirschbaum. So soll ein Nutzen für die Energiewende durch die Stabilisierung der Netze ebenso wie für die Industriebetriebe durch Erlöse am Energiemarkt entstehen. „Mit den im Projekt entwickelten Instrumenten bekommen die Betriebe auch Werkzeuge für die Optimierung ihres Unternehmens an die Hand, so um zu beurteilen, ob einzelne Anlagen z.B. in einem Chemiepark sinnvoll miteinander verbunden werden können, so die Solaranlage auf dem Dach mit einer Gasturbine“, erläutert Kirschbaum.
Ziel des Projektes
Gesamtziel des Projekts Flexibilitätswende ist es, Methoden zu entwickeln, mit deren Hilfe Strommärkte modelliert und bewertet werden können. Dazu werden mathematische Optimierungsmodelle erarbeitet die sowohl das Energiesystem als auch die verschiedenen Energie- und Leistungsmärkte zum Inhalt haben. Als Anwendungsbeispiel wird die Flexibilisierung eines industriellen Energiesystems betrachtet. Die Flexibilitäten des industriellen Energiesystems gegenüber bestimmten Märkten sollen bewertet und die Effizienz bestimmter Marktmechanismen untersucht werden.
Projektpartner
- Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der RWTH Aachen
- Lehr- und Forschungsgebiet Diskrete Optimierung der RWTH Aachen
- Currenta GmbH & Co. OHG
- BET Energie GmbH
->Quellen: