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Regelenergie
Regelenergie ist für eine sichere Stromversorgung unerlässlich. In Stromnetzen müssen Angebot und Nachfrage stets ausgeglichen sein, andernfalls drohen Stromausfälle. Batterien werden wegen ihrer kurzfristigen Verfügbarkeit meist als Primärreserve diskutiert. Sie sind jedoch auch für längerfristige Regelbedarfe einsetzbar und daher eine besonders vielseitige Option für die Bereitstellung von Regelenergie.
Referenzen
Relevanz dieses Anwendungsfeldes
Eine sichere Stromversorgung ist das Rückgrat aller Industrienationen. Neben Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit zählt die Versorgungssicherheit zu den drei Kernzielen der europäischen Energiepolitik.1 Der Ausbau erneuerbarer Energien steigert die Volatilität in der Stromerzeugung, da die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer weht. Immer häufiger kommt es daher zu Angebots- oder Nachfrageüberhängen. Die Aufgabe der Regelenergie besteht darin, Nachfrageüberhänge durch Verringerung des Stromverbrauchs zu reduzieren oder durch Zuschaltung weiterer Erzeugungsanlagen zu befriedigen (positive Regelenergie) und Angebotsüberhänge durch Verringerung der Stromproduktion zu reduzieren oder durch Zuschaltung von technischen Verbrauchern aus dem Netz abzuführen (negative Regelenergie). Die Zwangsabschaltung von Erzeugungsanlagen im Zuge des Einspeisemanagements zählt dabei nicht zu den Instrumenten der negativen Regelenergie.2
In die Bereitstellung von Regelenergie sind Stromproduzenten, Stromverbraucher und Stromspeicher eingebunden. Die Regulierung unterscheidet nach dem Zeitpunkt der ersten Bereitstellung: Die Primärreserve (auch Primärregelleistung (PRL) genannt,) muss innerhalb von 30 Sekunden nach dem Eintritt des Regelereignisses zur Verfügung stehen, die Sekundärreserve (SRL) innerhalb von 5 Minuten und die Minutenreserve (MRL) nach 15 Minuten. Die Vergütung erfolgt anhand von Leistungspreisen, die die bloße Bereitstellung der Reserveleistung entlohnen, sowie von Arbeitspreisen, die die tatsächliche Lieferung von Regelenergie vergüten. Im Sonderfall der PRL entfällt der Arbeitspreis, da im Leistungsfall die aus- bzw. eingespeicherte Strommenge kurzfristig wieder ausgeglichen wird und keine Preisdifferenzierung zwischen Ein- und Ausspeicherung erfolgt. Ausschreibung und Abwicklung der Regelleistung erfolgen durch die Übertragungsnetzbetreiber sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Verbundebene und betreffen nur den Zeitraum der ersten 60 Minuten nach dem Eintritt des Regelereignisses. Alle darüber hinausgehenden Ausgleichsmaßnahmen („Stundenreserven") liegen nicht mehr in der Verantwortung der Übertragungsnetzbetreiber, sondern auf den nachgeordneten Netzebenen und müssen durch Kraftwerksregelung, Intraday-Handel oder außerbörslichen Handel von den betroffenen Bilanzkreisverantwortlichen selbst gedeckt werden.2
Alleine in Deutschland wurden 2019 zur Frequenzstabilisierung insgesamt 6,8 GW Regelleistung ausgeschrieben, davon entfielen rund 0,6 GW auf PRL, 1,8 GW auf negative SRL, 1,9 GW auf positive SRL sowie 1,0 GW auf negative MRL und 1,4 GW auf positive MRL.2
1 Europäische Kommission (2010): Energie 2020. Eine Strategie für wettbewerbsfähige, nachhaltige und sichere Energie. Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat, den Europäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen. SEK(2010) 1346. Brüssel, 10.11.2010.
Link ↗ (Zugriff am 26.02.2021).
2 Next Kraftwerke (2021): Was ist Regelenergie?
Link ↗ (Zugriff am 26.02.2021).
Einsatz von Batteriespeichern
Wegen ihrer schnellen Reaktionszeiten sind Batteriespeicher prädestiniert für den Einsatz im Regelenergiebereich. Grundsätzlich können sie dabei in jeder der drei Regelreserven (PRL, SRL und MRL) zum Einsatz kommen. Anbieter von Regelleistung müssen ihre Anlagen präqualifizieren lassen, um an den Regelenergiemärkten für Regelleistung (Vorhaltung der Reserve) und Regelarbeit (Nutzung der Reserve) teilnehmen zu dürfen.3
Je nach Regelreserve müssen Batteriespeicher – wie alle Anlagen zur Erbringung von Regelenergie – spezifische Systemvoraussetzungen erfüllen: Für den Einsatz als PRL muss die volle symmetrische (positive und negative) Regelleistung von mindestens 1 MW innerhalb von 30 Sekunden und für die Dauer von bis zu 15 Minuten erbracht werden können. Der Leistungsabruf erfolgt frequenzgesteuert und automatisch durch den Anbieter der PRL. Eine Teilnahme an der SRL erfordert eine Erbringung der vollen Regelleistung innerhalb von 5 Minuten für einen Zeitraum von bis zu 15 Minuten. Die SRL löst die PRL automatisch ab. Die MRL muss innerhalb von 15 Minuten vollständig und für einen Zeitraum bis zur vollen Stunde nach Eintritt des Regelereignisses erbracht werden können. Sie wird manuell durch den Übertragungsnetzbetreiber abgerufen. Bei SRL und MRL können negative bzw. positive Regelleistung sowie Regelarbeit getrennt voneinander angeboten werden. Dabei gilt jeweils eine Mindestleistung von 5 MW, die jedoch bis auf eine Untergrenze von 1 MW unterschritten werden darf, sofern nur ein einziges Angebot je Zeitabschnitt abgegeben wird. Grundsätzlich kann Regelenergie über Auktionen pro Tag für 6 Zeitabschnitte à 4 Stunden angeboten werden.2,3
Virtuelle Speicher entstehen aus einer Verbindung kleinerer Speichereinheiten zu einem Gesamtspeicherangebot. Dabei können die einzelnen Speichereinheiten auch an verschiedenen Orten stehen. Die Anforderungen zur Teilnahme an den Regelenergiemärkten müssen sie nur kumulativ erfüllen, nicht auf Ebene der Speichereinheiten. Für virtuelle Batteriespeicher ist die skizzierte Sonderregelung eine besonders attraktive Möglichkeit zur Teilnahme an allen Regelmärkten bereits ab einer kumulierten Regelleistung ab 1 MW.2
3 Regelleistung.net (2021): Präqualifikation für die Vorhaltung und Erbringung von Regelreserve. Internetplattform zur Vergabe von Regelleistung.
Link ↗ (Zugriff am 26.02.2021).
Performance-Anforderungen
Unter den drei Arten der Regelreserve ist die PRL die schonendste Form aus Sicht klassischer Batteriespeicher. Großspeicherbetreiber setzen deshalb hier ihren Schwerpunkt.4 Die PRL ist auf den Ausgleich geringer Frequenzschwankungen ausgelegt und hat nur in seltenen Ausnahmefällen Abweichungen über die gesamte Spanne der garantierten Leistungserbringung auszugleichen. Solche Ereignisse gehen in der Regel mit Extremwetterereignissen, Kraftwerksausfällen oder dem Wegfall ganzer Leitungstrassen einher. Sie treten spontan auf und liegen deshalb außerhalb der Prognosen. Nur dann werden Regelleistung und Regelarbeit auf Stufe der PRL vollständig abgerufen. Je komfortabler diese ausgelegt ist, desto weniger kritisch wirken sich Extremereignisse auf die Versorgungssicherheit aus.5 Im Normalbetrieb liegt der tatsächliche PRL-Bedarf im unteren einstelligen Prozentbereich der vorgehaltenen Regelleistung. PRL ist somit eine Art Versicherungsleistung, die nur selten vollständig abgerufen wird. Dies entlastet Batteriespeicher insbesondere im Bereich des nutzungsabhängigen Alterungsverhaltens. Bei SRL und MRL werden Regelleistung und Regelarbeit viel eher tatsächlich in Anspruch genommen. Dies lässt sich auch an der Verteilung des Regelleistungsvolumens erkennen. 2019 entfielen 9 % der Regelenergie auf PRL, 54 % auf SRL und 37 % auf MRL.2
Mit Blick auf die Performance-Anforderungen bedeutet dies, dass Batterien für die PRL weniger Restriktionen genügen müssen als solche für SRL und MRL. Soll allerdings derselbe Batteriespeicher in allen Regelmärkten angeboten werden, kommen die insgesamt striktesten Anforderungen zum Tragen. In jedem Fall sollten Batterien für einen Einsatz in der Regelenergie über eine geringe Alterung bei hoher Lebensdauer verfügen. Je geringer die Alterungseffekte sind, desto eher können die Bereiche der SRL und MRL für Batteriespeicher wirtschaftlich erschlossen werden.
Aufgrund der Mindestvoraussetzungen zur Marktteilnahme sind Batteriespeicher für die Regelenergie sehr groß dimensioniert. Explosionsgefahr und Entflammbarkeit stellen daher ein erhöhtes Risiko dar, unabhängig davon, ob die Speichereinheiten zentral oder dezentral verteilt sind: Bei zentralen Speicher betreffen Brand- und Explosionsgefahr unmittelbar große Speichereinheiten, bei dezentralen Speichern betreffen sie die unmittelbare Umgebung der Aufstellorte.
Marktausblick
Aufgrund ihrer besonderen Bedeutung für Wirtschaft und Gesellschaft zählt die Elektrizitätsversorgung zu den kritischen Infrastrukturen. Zusätzlich ist sie durch eine hohe technische Komplexität gekennzeichnet, deren Bewältigung hohe Anforderungen an Kompetenz und Abstimmung der Akteure stellt. Entsprechend handelt es sich bei den Regelenergiemärkten um Märkte mit einem eingeschränkten bzw. regulierten Marktzugang.
Das europäische Verbundsystem besteht aus vier Verbundnetzen, die über Kuppelstellen miteinander verbunden sind. Deutschland hat aufgrund seiner geografischen Lage sowie der Umstellung auf erneuerbare Energien ein erhöhtes Transitaufkommen von Strom.6 Insgesamt gibt es in Deutschland derzeit 57 zugelassene Lieferanten von Regelenergie. Von diesen bieten 29 PRL, 35 SRL und 40 MRL an.2,7 Zugang zum Markt erhält, wer die Anforderungen der Präqualifizierung erfüllt und mit seinem Angebot den Zuschlag bekommt. Die eingereichten Angebote werden dabei ausschließlich aufsteigend nach dem Preis sortiert (Merit-Order) und erhalten bis zum Erreichen der Ausschreibungsmenge zu ihrem jeweils angebotenen Preis den Zuschlag. Das theoretische Marktvolumen für Batteriespeicher ergibt sich aus dem Ausschreibungsvolumen der Regelleistung in Verbindung mit der Performance der eingesetzten Zellen. Es liegt allein in Deutschland bei einstündigem Laden und einstündigem Entladen sowie einem Kapazitätsbereitstellungsintervall von 15 Minuten und einem Regelenergiebedarf von 6,8 GW bei 27 GWh. Entscheidend ist, wie gut Batteriespeicher im Wettbewerb zu den Grenzkosten bestehender herkömmlicher Reservekraftwerke abschneiden, um diese perspektivisch zu substituieren.