8. April 2021

Flexible Stromproduktion durch Bioenergieanlagen

Strom erzeugen mittels Bioenergieanlagen: Durch eine vom Strombedarf vorgegebene Fahrweise der Anlagen gelingt dies bedarfsorientiert, kosteneffizient und klimaschonend.

Die Bioenergie hat gegenüber anderen erneuerbaren Energien wie Wind- oder Sonnenenergie einen entscheidenden Vorteil: Sie ist unabhängig von witterungsbedingten Einflüssen und kann genau in dem Moment erzeugt werden, wenn Strom benötigt wird. Dafür müssen die Anlagen in der Lage sein, die Produktion von Biogas von der eigentlichen Stromproduktion zeitlich zu entkoppeln. Dies geschieht beispielsweise über den Zubau von Gas- oder Wärmespeichern und zusätzliche Kapazitäten von Blockheizkraftwerke (BHKW), um Strom zu erzeugen. Die Bundesregierung fördert mit der 2012 eingeführten Flexibilitätsprämie und dem 2014 eingeführten Flexibilitätszuschlag des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) die notwendigen technischen Investitionen. Dennoch erfolgt die Stromproduktion durch Bioenergieanlagen weitestgehend unflexibel.

Neues Anreizsystem unterstützt flexible Fahrweise von Biogasanlagen

Die Stromproduktion von Bioenergieanlagen soll stärker am jeweils aktuellen Bedarf ausgerichtet werden. Daher ist das Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Forschungsprojekts „Flexsignal“, neue Konzepte zu entwickeln, die Betreibern einen Anreiz schaffen, kurzfristig und flexibel Strom aus Biomasse bereitzustellen. Hierfür haben sie zunächst Daten zu den Strompreisen der European Power Exchange (EPEX) in Paris, der europäischen Strombörse, der Jahre 2016 bis 2018 analysiert. Auf den Spotmärkten für Energie, dem EPEX-Spot, werden kurzfristig lieferbare Strommengen gehandelt.

Auf Basis der Datenanalysen haben sie ein Bonus/Malus-System entwickelt, welches die Preise an den Spotmärkten gezielt verstärkt. Die Spotmarktpreise beinhalten viele relevante und aktuelle Informationen zu Erzeugung und Verbrauch und spiegeln die jeweilige Bedarfssituation daher gut wider. Die sechs Stunden des Tages mit den höchsten Preisen werden mit einem Bonus und die sechs Stunden des Tages mit den tiefsten Preisen mit einem Malus versehen. Somit entsteht ein Anreiz, die jährlich festgelegte produzierbare Strommenge genau dann zu produzieren, wenn der Bedarf besonders hoch ist. Projektkoordinator Michael Steubing, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), differenziert die Ergebnisse: „ Die Resultate der Modellierungen zeigen, dass eine flexible Fahrweise der Biogasanlagen einen Mehrerlös generiert, im Vergleich zu einer Biogasanlage, die kontinuierlich Strom einspeist. Durch die Konzepte wird dieser Anreiz deutlich erhöht. Insgesamt bietet das entwickelte Konzept die gewünschte Anreizwirkung, Strom in den hochpreisigen Stunden zu produzieren.“

Die Grafik zeigt die Überlagerung eines Day-Ahead-Fahrplans einer Standard-Biogasanlage mit der tatsächlich realisierten Stromerzeugung aus Wind, Sonne und Biomasse.

Die Grafik zeigt die Überlagerung eines Day-Ahead-Fahrplans einer Standard-Biogasanlage mit der tatsächlich realisierten Stromerzeugung aus Wind, Sonne und Biomasse. Dieser berücksichtigt das entwickelte Bonus/Malus-System. Es wird deutlich, dass die Produktionszeiten der Biogasanlage in Phasen hoher Residuallast liegen und vor allem außerhalb der Spitzenzeiten mit einer hohen Einspeisung aus Photovoltaikanlagen. Datengrundlage: BNetzA, SMARD.de

Flexible Stromproduktion beeinflusst den europäischen Markt

In weiteren Untersuchungen sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Frage nachgegangen, wie sich eine flexible Stromproduktion durch Biomasseanlagen auf das deutsche und europäische Strom- und Wärmesystem auswirkt. Dabei konnte das Projektteam zeigen, dass im Vergleich zu einer inflexiblen Fahrweise sowohl die variablen Systemkosten, wie Brennstoffkosten für fossile Kraftwerke und vermiedene CO2-Kosten, als auch die Gesamtemissionen (CO2-Emissionen des deutschen und europäischen Kraftwerksparks) reduziert werden können. Allerdings führt der Preisanstieg in Zeiten mit geringer Residuallast zu einer Reduktion des Exports, wodurch sich der Nettoimport leicht erhöht.

Die Residuallast ist der Anteil am gesamtdeutschen Strombedarf, der nicht durch die volatilen, fluktuierenden Energieträgern Wind und Sonne bedient werden kann. Es handelt sich also um den Restbedarf an Strom, der mehrheitlich aus konventionellen Quellen gedeckt wird. (mm)

Spotmärkte für Strom

An der European Power Exchange (EPEX) in Paris werden auf den sogenannten Spotmärkten kurzfristig lieferbare Strommengen gehandelt. Diese werden unterschieden in den Day-Ahead- und den Intraday-Handel

Im Day-Ahead-Handel werden in einer von Montag bis Freitag täglich stattfindenden Auktion Stunden- und Block-Produkte für den Folgetag gehandelt. Dabei erfolgt die Preisbildung nach dem Merit-Order-Prinzip. Das bedeutet: Das letzte Kraftwerk, welches benötigt wird, um den Strombedarf zu einem bestimmten Zeitpunkt zu decken, bestimmt den Strompreis zu diesem Zeitpunkt. Dieser ist dann für alle Marktteilnehmer gleich („uniform pricing“).

Im kontinuierlichen Intraday-Handel kann dagegen rund um die Uhr gehandelt werden. So können Viertelstunden-Produkte noch bis zu 5 Minuten vor der physischen Lieferung ge- und verkauft werden. Hier erfolgt die Preisbildung nach dem „Pay as bid-Prinzip“. Für jedes Produkt gibt es einen individuellen Preis. Im Intraday-Handel kann eine gehandelte Megawattstunde Strom zum gleichen Zeitpunkt viele unterschiedliche Preise haben.

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