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Beschreibung

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien erhöht das Risiko von unvorhersehbaren Abschnitten oder Spitzenwerten bei der Energieerzeugung. Ein virtuelles Kraftwerk reduziert diese Risiken, indem es mehrere kleine Produktionseinheiten zusammenfasst. Neben dem Ausgleich von (unvorhersehbaren) nachhaltigen Energieangeboten und -nachfrage in Wohngebieten verbessert es den Ertrag von Energieerzeugungseinheiten, da es den Haushalten ermöglicht, überschüssige Energie zu speichern und/oder zu handeln. Ein virtuelles Kraftwerk umfasst Energieerzeugungseinheiten, Last- und Batteriesysteme. Als Online-Plattform aggregiert das virtuelle Kraftwerk die Energieproduktion und den Energieverbrauch der Menschen und speichert den Überschuss lokal. Durch diese Aggregation ist es möglich, Energie an den Großhandelsmärkten zu handeln: Durch den Einsatz einer Heimbatterie können Sie Energie speichern, wenn die Strompreise niedrig sind, und die Batterie entladen, wenn sie hoch ist. Insgesamt ist das virtuelle Kraftwerk in der Lage, Flexibilität zu monetarisieren und das Risiko von Versorgungsengpässen durch den Einsatz verschiedener Funktionen zu minimieren.

Nutzen

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien erhöht das Risiko von unvorhersehbaren Abschnitten oder Spitzenwerten bei der Energieerzeugung. Ein virtuelles Kraftwerk reduziert diese Risiken, indem es mehrere kleine Produktionseinheiten zusammenfasst. Neben dem Ausgleich von (unvorhersehbaren) nachhaltigen Energieangeboten und -nachfrage in Wohngebieten verbessert es den Ertrag von Energieerzeugungseinheiten, da es den Haushalten ermöglicht, überschüssige Energie zu speichern und/oder zu handeln.

Hauptvorteile
  • Reduzierung der Betriebskosten

  • Verbessert die Netzstabilität

  • Verbesserung der Energieeffizienz in der Energieversorgung

  • Reduzierung der Energiekosten

Funktionen

Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen dabei helfen, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine obligatorische Funktion, die erforderlich ist, um den grundlegenden Zweck der Lösung zu erreichen, und mehrere zusätzliche Funktionen. Diese Funktionen können hinzugefügt werden, um zusätzliche Vorteile zu bieten.

Obligatorische Funktionen
    Energieerzeugung kontrollieren

    Produkte zur Kontrolle der lokalen Energieerzeugung durch erneuerbare Energien

    Energieverteilung verwalten

    Produkte, die den Energieverbrauch zeitnah und für mehrere Geräte über eine ICT-Infrastruktur steuern.

    bilaterale Netzkommunikation ermöglichen

    Produkte, die die Kommunikation zwischen dem virtuellen Kraftwerk und dem Netz zum Empfangen und Verkaufen von Energie ermöglichen.

Mögliche Funktionen
    Energie speichern

    Produkte, die Energie sparen, wie z.B. Hausbatterien, damit das System die Energieerzeugung und den Energieverbrauch verlagern oder zeitweise verkaufen kann.

    Energieverbrauch prognostizieren

    Produkte, die zukünftige Aussagen über den Energieverbrauch treffen, z.B. aufgrund von saisonalen oder persönlichen Einflüssen.

    Energieerzeugung prognostizieren

    Produkte, die Zukunftsprognosen für die lokale Erzeugung erneuerbarer Energien geben, z.B. aufgrund von Wetterbedingungen.

    Nutzer über mögliche Verbesserungen ihres Energieverbrauchs informieren

    Produkte, die die Einwohner über ihren aktuellen Energieverbrauch und die Quelle der verbrauchten Energie sowie über Möglichkeiten zur finanziellen Verbesserung ihres Verbrauchs oder zur Verringerung ihrer Umweltauswirkungen informieren.

    Benutzereingaben zum zukünftigen Energiebedarf erlauben

    Produkte, die es den Bewohnern ermöglichen, die Prognose ihres zukünftigen Energieverbrauchs anzupassen.

    Energiepreise prognostizieren

    Produkte, die Vorhersagen über die Entwicklung der Energiepreise machen, z.B. in Abhängigkeit von der Tageszeit oder saisonalen Verbräuchen.

Geschäftsmodell

Fakten zur Umsetzung

Durchschnittliche Implementierungszeit: ca. 0,5 - 1 Jahr

Marktübersicht

Der Markt für virtuelle Kraftwerke wird nach Angaben von Navigant von weniger als einer Milliarde US-Dollar pro Jahr im Jahr 2013 auf 3,6 Milliarden US-Dollar pro Jahr bis 2020 wachsen. Ein Grund dafür ist die zunehmende Verbreitung erneuerbarer Energieträger, die eine erhöhte Netzflexibilität erfordert. (Navigant, 2014)

Marktfähige Ergebnisse

Die marktfähigen Ergebnisse eines virtuellen Kraftwerks sind vor allem folgende

    monetäre Vorteile bei der Optimierung des Energieverbrauchs in Abhängigkeit von unterschiedlichen Preisen,
    die erhöhte Sicherheit der Energieversorgung,
    Nachhaltigkeit und
    die Netzstabilisierung

Durch den Einsatz der Lösung ohne Speicherung kann der Eigenverbrauch einer haustechnischen Energieerzeugungsanlage (bei gleicher Jahresproduktion und -verbrauch) um ca. 30 % reduziert werden. Mit einer Batterie ist es möglich, die Einsparungen von 30 % Eigennutzung auf ein Energieeinsparpotenzial von 60 % zu erhöhen. Jedenfalls müssen Energieverluste durch das System berücksichtigt werden.

Die Implementierung eines virtuellen Kraftwerks verändert die Strukturen des Energiemarktes. Das aktuelle Energiekonzept ist ein Top-Down-System. Energieversorger besitzen eigene Produktionseinheiten und sind damit im Besitz von Macht und Nutzen. In einem Bottom-up-Energiesystem ermöglicht das virtuelle Kraftwerk den Machtwechsel von Energieversorgern zu Prosumenten: Es schafft Einnahmen und Möglichkeiten für die Endverbraucher unter gleichen Wettbewerbsbedingungen mit den Energieversorgern. (City-zen, 2016)

Funktionalitäten:

Die folgende Grafik zeigt die wichtigsten Vorteile eines virtuellen Kraftwerks. Über ein Rechensystem werden alle Auswirkungen auf das virtuelle Kraftwerk überwacht und gesteuert. Wie in der Grafik zu sehen ist, hängt das System hauptsächlich von den Energiemärkten, den externen Daten und den dezentralen Energieerzeugern und -verbrauchern ab.

(Next Kraftwerke, 2017)

Treibende Faktoren

Unterstützende Infrastruktur

Einige notwendige oder zusätzliche Funktionen der Lösung sind in einigen Bereichen bereits installiert, die gesamte unten genannte Infrastruktur kann auch teilweise oder ganz im Rahmen der Implementierung des virtuellen Kraftwerks installiert werden.

  • IKT-Infrastruktur als Smart Meter oder Smart Grids, um die Kommunikation und Optimierung der Erzeugungssysteme, der Verbräuche und des Netzes zu ermöglichen.
  • Heimbatterien zur Speicherung von Energie
  • Lokale Systeme zur Erzeugung erneuerbarer Energien, wie z.B. private Solarmodule.

(City-zen, 2016)

Regierungsinitiativen

    Horizon 2020 Gesellschaftliche Herausforderung "Sichere, saubere und effiziente Energie" an das Schwerpunktthema "Aufbau einer kohlenstoffarmen, klimaresistenten Zukunft" (Europäische Kommission: Horizon 2020)
    Eine unterstützende Regierungsinitiative für virtuelle Kraftwerke in Zukunft, die bereits in einigen europäischen Städten diskutiert wird, ist die Förderung offener Protokolle für Batteriesysteme (City-zen, 2016).

Rechtliche Anforderungen

Regulierung

  •  IT-Sicherheitsvorschriften
  •  Die Marktregulierung muss den Verbrauchern variable Energiepreise zur Verfügung stellen.
  •  Net Metering hat einen negativen Einfluss auf den Business Case des virtuellen Kraftwerks

(City-zen, 2016)

Anwendungsfälle

Virtual Power Plant in Mülheim

"The solution consists of a virtual power plant which connects local photo-voltaic production, heat pumps and batteries. A charging station for electric vehicles is also be integrated into the system. It lowers the demand for external energy by increasing energy self sufficiency of buildings.

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