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22.09.2020 | Energiebereitstellung | Im Fokus | Onlineartikel

Bedeutung virtueller Kraftwerke steigt

Autor:
Christoph Berger
4 Min. Lesedauer

Der Auf- und Ausbau dezentraler Kleinanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie nimmt zu. Werden sie zusammengefasst, spricht man von virtuellen Kraftwerken. Nun wurde erstmals auch eine schwimmende Photovoltaik-Anlage in ein solches Netzwerk integriert.

Im März 2019 startete das Ebök Institut für angewandte Effizienzforschung gemeinsam mit der Hochschule Reutlingen ein Forschungsprojekt, in dem erforscht wird, inwieweit der Stromhandel zwischen vielen kleinen Akteuren mithilfe digitaler Technologie vereinfacht werden kann. Dies ist gerade vor dem Hintergrund der angestrebten Energiewende interessant. So heißt es beispielsweise im Abschnitt "Digitalisierung und die Energiewende" des Kapitels "Energiepolitik der Zukunft – wie können wir die Energiewende vollenden?" im Springer-Fachbuch "Energiewende", dass die Digitalisierung für die Energiewende eine zentrale Rolle spielt. Aggregatoren würden sie nutzen, um Kraftwerke, Speicher und Verbrauchsstellen zu virtuellen Kraftwerken zusammen zu schalten oder Lastmanagementpotenziale für den Regelenergiemarkt zu bündeln. Und auch Projektleiter Prof. Dr. Claus Kahlert vom Ebök Institut erklärte beim damaligen Projektstart: "Durch intelligentes Vernetzen koordinieren wir flexible Stromabnehmer und lokale -erzeuger derart, dass sie auf das schwankende Stromangebot angemessen reagieren und damit das lokale Netz stabilisieren. Gemeinsam wirken sie als virtuelles Kraftwerk. In letzter Zeit entstanden hierfür eine Reihe erfolgsversprechender Ansätze, auf die wir aufbauen können."

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Virtuelle Kraftwerke

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Bei virtuellen Kraftwerken geht es also um die flexible Stromerzeugung. Noch genauer wird Martin Dehli im Kapitel "Virtuelle Kraftwerke" des Springer-Fachbuchs "Energieeffizienz in Industrie, Dienstleistung und Gewerbe". Er schreibt: "Unter einem virtuellen Kraftwerk wird allgemein die Zusammenschaltung kleiner, dezentraler Stromlieferanten zu einem Verbund mit gemeinsamer Steuerung‘ verstanden. Die Bezeichnung virtuelles Kraftwerk ist insofern unpräzise, als bei ihm keine virtuellen Anlagen, sondern durchaus reale, meist kleinere, aber inzwischen auch größere Stromerzeugungsanlagen zusammengefasst werden; durch eine zentrale Steuerung kann es wie ein großes Kraftwerk in der gewünschten Zeitspanne die seiner Gesamtleistung entsprechende elektrische Leistung sowie entsprechende Strommengen nach Bedarf vollständig oder auch teilweise bereitstellen."

Geboten wird Flexibilität

Ein Beispiel für ein solch virtuelles Kraftwerk wird im Kapitel "Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien" des Springer-Fachbuchs "Elektroenergiesysteme" vorgestellt: "Im derzeit nach Zahl der Gesellschafter größten virtuellen Kraftwerk Deutschlands (NextKraftwerk) sind ca. 6.800 über ganz Deutschland verteilte Dezentrale Energieressourcen (DER) mit einer Gesamtleistung von 6 GW miteinander digital vernetzt. Im Back-Office der zentralen Leitstelle werden Lasten prognostiziert und Fahrpläne für die einzelnen Anlagen erstellt. Virtuelle Kraftwerke vom Typ Next-Kraftwerk agieren auf nationaler Ebene und bieten bundesweit vorrangig positive und negative Regelleistung an, mit anderen Worten Flexibilität." Seit der Veröffentlichung hat sich das virtuelle Kraftwerk von Next Kraftwerk sogar noch vergrößert: Im Pool sind inzwischen rund 9.100 dezentrale Akteure des Stromsystems über eine Plattform vernetzt. So wird eine Erzeugungsleistung von rund 7.800 Megawatt erreicht.

Noch ein zweites Beispiel: Von Januar 2015 bis Dezember 2018 diente das Stromnetz der Nordseeinsel Borkum als Reallabor, um Elemente eines zukunftssicheren Energiesystems auszutesten. Zentral waren hierbei die Entwicklung von Energiespeichern und deren vernetzter Betrieb innerhalb eines virtuellen Kraftwerks. Im unter dem Namen NETfficient laufenden EU-Projekt wurden vierzig Privathäuser, fünf Großgebäude, ein Teil der Borkumer Straßenbeleuchtung sowie die Temperierung des Borkumer Seewasseraquariums an PV und Energiespeicher angeschlossen, welche von Lithium-Ionen-Batterien über Superkondensatoren und weiterverwerteten Altbatterien aus Elektrofahrzeugen bis hin zu Wasserstoffspeichern und Niedrigtemperaturwasserspeichern reichen. Im Mittelspannungsnetz kam darüber hinaus auch ein 1 MW / 500 kWh Großspeicher zum Einsatz, bestehend aus Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren. All diese Speicher und Erzeuger wurden an eine sogenannte Energy Management Platform – ein Distributed Energy Management System oder DERMS – angeschlossen, welche das zentrale Element von NETfficient darstellt. Die damit zusammenhängenden Herausforderungen werden im Kapitel "Analysis of Data Generated by an Automated Platform for Aggregation of Distributed Energy Resources" des Springer-Fachbuchs "Optimization and Learning" beschrieben.

Integration einer schwimmenden Photovoltaik-Anlage

Schließlich gab Next Kraftwerk noch im Juni 2020 bekannt, dass nun erstmals auch eine schwimmende Photovoltaik-Anlage an das vom Unternehmen betriebene virtuelle Kraftwerk angeschlossen wurde. Laut Unternehmensangaben verfügt die Anlage über eine Leistung von 729 kWp – 2.000 Module sind auf 6.800 Quadratmetern verbaut – und ist über eine Protokollschnittstelle in das virtuelle Kraftwerk integriert. Die Anlage schwimmt auf einem See bei Salzwedel, der sich auf einem Grundstück des Verbands Kommunaler Wasserversorgung und Abwasserbehandlung Salzwedel befindet. Der Verband nutze den See als Wasserzwischenspeicher – eine Funktion, die die PV-Anlage nicht beeinträchtige, wie es heißt. Vielmehr verspreche die Kühlung durch das Wasser eine gute Performance. Schwimmkörper aus Kunststoff halten die Anlage auf dem Wasser, bilden die Grundlage für einen Steg zum Land, auf dem Kabel laufen, die die Anlage an das Stromnetz anschließen. Stahlseile stellen sicher, dass die Anlage an Ort und Stelle bleibt.

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