Zielsetzung:
Der zügige Ausbau erneuerbarer Energien ist zentral für das Erreichen der Klimaziele. Auf lokaler Ebene führt die volatile Einspeisung aus Wind- und Photovoltaikanlagen jedoch zu erheblichen Herausforderungen für die Netzstabilität. Besonders Verteilnetze sind durch diese Entwicklung zunehmend belastet. Klassische Netzausbaumaßnahmen sind oft kostenintensiv und langfristig. Hier setzt das Projekt NetzFlex an: Es untersucht, wie Großbatteriespeicher als netzdienliche Flexibilitätsoption zur Sicherung des Netzbetriebs beitragen können.
Im Fokus steht die modellbasierte Analyse zur optimalen Dimensionierung und Positionierung von Großbatterien im Verteilnetz. Dabei wird ein innovativer stochastischer Optimierungsansatz entwickelt, der Unsicherheiten in der Netzbelastung und in den Energiemärkten berücksichtigt. Ergänzend werden auch sektorübergreifende Flexibilitäten (Wärme, Mobilität) sowie Vermarktungspotenziale auf dem Strom- und Regelenergiemarkt einbezogen.
Als Fallbeispiel dient der Landkreis Haßberge, der über ein breites Spektrum an erneuerbaren Erzeugern verfügt und ambitionierte Ziele für den EE-Ausbau verfolgt. Ziel ist es, auf Basis historischer Daten und Zukunftsszenarien praxisnahe Empfehlungen für die technische Auslegung und den wirtschaftlichen Betrieb von Großbatterien zu entwickeln. Ein zentrales Ergebnis ist ein frei verfügbares Open-Source-Modell, das die Replizierbarkeit der Ergebnisse über die Region hinaus ermöglicht.
Das Projekt trägt wesentlich zur Integration erneuerbarer Energien bei. Durch den gezielten Einsatz von Batteriespeichern können Netzengpässe vermieden, CO2-Emissionen reduziert und die Abregelung von EE-Anlagen verringert werden. So wird nicht nur die Versorgungssicherheit erhöht, sondern auch eine nachhaltige, stabile und klimafreundliche Energieversorgung auf regionaler Ebene unterstützt.
Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.
Um dem Klimawandel zu begegnen, ist das Ziel, die Technologie für eine stabile, sichere und CO2-neutrale Energieversorgung einer mittelgroßen Stadt am Beispiel von Herzogenrath, inklusive der Industriebetriebe sowie neuen Prosumern in der Stadt, durch dezentrale PV-Anlagen, dezentrale Wärmepumpen und Elektromobilität zu entwickeln. Hierzu sollen digitale Zwillinge des Energiesystems von Herzogenrath und der Industriebetriebe wie des Sandbergwerks und des Klärwerks erstellt werden, sodass deren sicherer Betrieb und CO2-neutrale Energieversorgung gewährleistet und durch Ausnutzung der Sektorenkopplung stabil und sicher betrieben sowie auf geringste Energiekosten optimiert werden kann. Durch niedrige Energiekosten werden die Industriebetriebe wirtschaftlich gestärkt und Haushalte zu sozialverträglichen Preisen versorgt. Das Teilprojekt 'Vermarktungsmöglichkeiten in den Energiemärkten' stellt die Schnittstelle zwischen den anderen Teilprojekten aus dem Gesamtvorhaben 'Energiepark Herzogenrath' dar. Die Dynamiken auf den Energiemärkten sorgen für laufend neue Anforderungen an die Marktteilnehmenden sowie für neue Vermarktungsmöglichkeiten der Produkte Strom, Wärme, Sauerstoff und Wasserstoff in Herzogenrath. Es werden nicht nur die wesentlichen Einflussfaktoren im Energiemarkt und die Vermarktungskanäle in Herzogenrath identifiziert, sondern auch Teilmodule für den Aufbau eines Energiemarktmodells entwickelt. In diesem Zusammenhang werden die energiewirtschaftlichen Anforderungen laufend aktualisiert, sodass mithilfe dieser Teilmodule, welche die Vermarktungsmöglichkeiten dynamisch abbilden und in das Gesamtmodell implementiert werden, aus den lokalen Optima das globale Optimum für Herzogenrath ermittelt werden kann.