VDE-Studie: Integration erneuerbarer Energien erfordert Paradigmenwechsel im Lastmanagement
Dazu zählen der Netzausbau, flexible Kraftwerke, Energiespeicher und steuerbare Lasten (DSI - Demand Side Integration). Welche Potenziale ein flexibles Lastmanagement eröffnet, um verfügbare Kapazitäten zu verschieben, Lastschwankungen zu minimieren, Lastspitzen zu reduzieren und eine regenerativ verursachte Stromüber- bzw. Stromunterproduktion zu vermeiden, zeigt die neue VDE-Studie „Demand Side Integration – Lastverschiebungspotenziale in Deutschland“. Ein wichtiges Ergebnis der Studie: Schon jetzt besitzt Deutschland ein theoretisches DSI-Leistungspotenzial von zirka 25 GW (2010), welches sich bis 2030 verdoppeln kann. Das technische über einen Tag nutzbare DSI-Leistungspotenzial beträgt nach den Simulationen und Analysen allerdings 8,5 GW (2010). Hiervon entfällt ca. die Hälfte auf den Haushaltsbereich und den Bereich Gewerbe, Handel und Dienstleistung (GHD), was dem Leistungsbedarf von zirka 4 Mio. Haushalten entspricht. Ein praktischer Einsatz von DSI erfolgt heute jedoch nur in der Industrie, während die Lastverschiebungspotenziale in Privathaushalten und im GHD-Bereich bisher noch kaum genutzt werden. Um die erheblichen und weiter wachsenden Lastverschiebungspotenziale auszuschöpfen, sind geeignete technische und wirtschaftliche Voraussetzungen zu schaffen. Dazu empfiehlt der VDE eine entsprechende Optimierung der Geräte und Anlagen sowie den Ausbau einer Informations- und Kommunikationsinfrastruktur, die zügige Ausstattung der Haushalte mit Smart Metern für variable Tarife mit spezifischen Marktanreizen sowie neue Investitionen unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen.
Demand Side Integration ermöglicht systemorientierte Verbrauchsanpassung
„Demand Side Integration“ (DSI) dient als Überbegriff für Demand Side Management (DSM) und Demand Side Response (DSR). Demand Side Management umfasst die direkte Beeinflussung des Energieverbrauchs auf der Verbraucherseite aus technischen, kommerziellen oder ökologischen Gründen. Demand Side Response bezieht sich auf die Reaktion des Verbrauchers auf ein Anreizsignal meist monetärer Art (etwa ein zeitabhängiger Tarif z.B. mit Hoch-, Mittel- und Niedrigtarifzeiten), das den Kunden dazu motoviert, seinen Energiebedarf in die günstigeren Tarifzeiten zu legen. Demand Side Integration (DSI) schließlich erweitert die auf Verbrauchsprognosen basierende reaktive Kraftwerkssteuerung um eine aktive systemorientierte Verbrauchsanpassung mit dem Ziel eines stabilen Netzbetriebs unter ökonomischen Randbedingungen.
Viele DSI-Potenziale sind noch ungenutzt
Generell ist es notwendig, zwischen dem theoretischen, technischen, wirtschaftlichen und praktischen DSI-Potenzial zu unterscheiden. Wie die Studie zeigt, kann in einigen Fällen schon zwischen dem theoretischen und technisch nutzbaren Potenzial der Faktor 5 liegen. Als besonders geeignet wurde der Wärmebereich identifiziert. Dieser bietet heute ein hohes theoretisches DSI-Potenzial, das praktisch noch nicht genutzt wird. Die mögliche Lastanpassung in diesem Segment wäre in nennenswertem Umfang ohne Komfort- bzw. Produktionseinbußen zu realisieren. Dazu ist die Nutzung von thermischen Speichern notwendig, wodurch eine Leistungsreduzierung bzw. -erhöhung ohne Einschränkungen des Kunden erfolgen kann. Hinsichtlich der energiepolitischen Ziele muss darauf geachtet werden, dass die Erschließung von DSI-Potenzial und die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen aufeinander abzustimmen sind.
Industrie setzt heute schon auf Lastverschiebung
Basierend auf dem Strombedarf (2010) entfallen zirka 46 Prozent auf die Industrie und der Rest zu etwa gleichen Teilen auf GHD und Haushalt. Relevante Lastverschiebungspotenziale existieren in den Bereichen Haushalt, GHD sowie Industrie. Die Industrie setzt schon heute bei Wirtschaftlichkeit die Lastverschiebung ein, d.h. ein Teil des theoretischen Potenzials wird bereits praktisch genutzt. Um darüber hinausgehende Lastverschiebepotenziale in der Industrie zu erschließen, müssen die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen geschaffen werden.
Große Potenziale in den Bereichen Haushalt und GHD
Simulationsberechnungen und Analysen in der VDE-Studie haben beachtliche Potenziale für Demand Side Integration in Deutschland ergeben. Schon heute (Szenario 2010) besitzt Deutschland ein erhebliches theoretisches DSI-Leistungspotenzial von zirka 25 GW, welches bis 2030 um den Faktor 2 durch den prognostizierten Ausbau von Elektromobilität, Wärmepumpen und Raumklimatisierungsanlagen ansteigt. Unter Berücksichtigung von Zeitmodellen der Energienutzung reduziert sich dieses Potenzial auf das technische über einen Tag nutzbare DSI-Leistungspotenzial auf 8,5 GW. Davon entfällt rd. die Hälfte auf die Bereiche Haushalt sowie GHD (2010). Das entspricht dem Leistungsbedarf von zirka 4 Mio. Haushalten. Ein praktischer Einsatz von DSI erfolgt heute nur in der Industrie. Im Haushalts- und GHD-Bereich ist bisher kaum eine Umsetzung zu verzeichnen.
Lastverschiebungspotenzial könnte bis 2030 weiter steigen
Die mögliche Nutzung bis zum Jahr 2030 wird sich aus den zukünftigen Rahmen¬bedingungen ergeben und kann zum jetzigen Zeitpunkt nur mit großen Unsicherheiten abgeschätzt werden. Die durch Simulation ermittelte verschiebbare Jahresenergie¬menge von zirka 42 TWh/a allein aus Haushalten und GHD im Jahr 2030 entspricht der jährlichen Elektroenergieerzeugung von 20.000 MW aus Onshore-Windenergie, was etwa zwei Drittel der heute installierten Windenergieanlagenkapazität (Stand Mai 2012) entspricht.
Modernisierung und IT-Ausstattung des Netzbetriebs erforderlich
Um die analysierten DSI-Potenziale nutzbar zu machen, sind aus VDE-Sicht mehrere Maßnahmen geboten. Zunächst bedarf es zur Integration flexibler Lasten in den aktiven Netzbetrieb einer Ertüchtigung der Geräte und Anlagen sowie den Ausbau einer Informations- und Kommunikationsinfrastruktur. Geräte und Anlagen müssen technisch in der Lage sein, auf ein externes Signal oder den manuellen Eingriff des Nutzers zu reagieren und den Leistungsbezug zu verlagern. Technische Lösungen und erste Produkte sind auf dem Markt verfügbar, jedoch aufgrund fehlender Anreize noch nicht in der Breite eingeführt. Als Grundlage für eine Echtzeitmessung der Energienutzung und zur Übermittlung von Steuer- und Tarifsignalen für DSI ist der Aufbau einer entsprechenden IKT-Infrastruktur notwendig.
Smart Meter und variable Tarife Voraussetzung für Flexibilisierung
Des Weiteren sind Smart Meter für variable Tarife eine unabdingbare Voraussetzung dafür, DSI in den Haushalten zu nutzen und die notwendige Flexibilität im Strommarkt zu etablieren. Digitale Energiezähler mit entsprechenden Kommunikationsschnittstellen bilden aus heutiger Sicht den ersten Schritt, um Haushalts- und Gewerbekunden den tatsächlichen Energieverbrauch zeitnah wiederspiegeln und abrechnen zu können und nicht mehr alleine den Jahresverbrauch (kWh) für die Abrechnung heranzuziehen. Damit wird die kommunikationstechnische Erschließung von Endkunden ermöglicht, wie diese bei industriellen Anlagen üblich ist. Zudem könnten zukünftig über diese Schnittstelle und auf Basis variabler Tarife energiemarktbasierte Preissignale übermittelt werden, um Haushaltskunden zu einer Verbrauchsanpassung zu motivieren.
Neue Tarifmodelle mit industriepolitischem Augenmaß sinnvoll
Darüber hinaus ist laut VDE-Analyse zu beachten, dass aktuell bestehende Anreize insbesondere in der Industrie zu einer Vergleichmäßigung des Stromverbrauchs und zu hohen Benutzungsstunden der Anlagen führen. Unter anderem können sich Letztverbraucher heute gemäß § 19 Abs. 2 S. 2 StromNEV grundsätzlich von den Netzentgelten befreien lassen, wenn ihre Stromabnahme aus dem Netz der allgemeinen Versorgung an einer Abnahmestelle die Benutzungsstundenzahl von mindestens 7.000 Stunden erreicht und ihr Stromverbrauch an dieser Abnahmestelle 10 Gigawattstunden überschritten hat. Für die Bereitstellung einer flexiblen Netzbezugslast müssen diese Anreize durch Tarifmodelle ersetzt werden, die zu einer Flexibilisierung des Verbrauchs beitragen und keinen Nachteil darstellen, um die heute bereits verfügbaren DSI-Potenziale nutzbar zu machen.
Neue Investitionen unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen nötig
Schließlich verlangt eine Vergrößerung des praktisch nutzbaren DSI-Potenzials in der Industrie auch neue Investitionen unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen wäre es laut VDE-Studie denkbar, dass vorhandene und zusätzliche industrielle Speicher mit einer angepassten Betriebsstrategie bewirtschaftet werden. Das Ziel muss dabei sein, die Entkopplung des elektrischen Energiebezuges vom Produktionsprozess durch zwischengelagerte Zwischen- oder Endprodukte zu erreichen, ohne dass es zu einer Unterbrechung der Gesamtproduktion kommt. Dabei sind bei der Optimierung des Produktionsprozesses die aktuelle Produktionsauslastung, Opportunitätskosten, Liefertermine und Kundenbindung als wesentliche Parameter zu berücksichtigten. Die zusätzlichen Investitionen in Speicher- und Produktionskapazitäten müssen den Erlösen aus der Lastverschiebung gegenübergestellt werden und wirtschaftlich unter marktüblichen Bedingungen darstellbar sein.
