Virtuelle Kraftwerke

Ein virtuelles Kraftwerk oder auch Kombikraftwerk ist eine Zusammenschaltung von kleinen, dezentralen Kraftwerken, wie zum Beispiel Photovoltaikanlagen, Kleinwasserkraftwerke und Biogasanlagen, aber auch kleine Windenergieanlagen und Blockheizkraftwerke kleinerer Leistung zu einem Verbund, die gemeinsam gesteuert werden.

Ein virtuelles Kraftwerk aus vielen Einzelanlagen

Mit einer stärkeren Verbreitung der Mikro-KWK zur Energieversorgung von Gebäuden wird das Konzept des virtuellen Kraftwerks immer naheliegender, indem durch koordiniertes Einspeiseverhalten zusätzliche wirtschaftliche Vorteile (z. B. Erzeugung von Spitzenlaststrom und Angebot von Regelenergie) erzielt werden. So kann ein Mini-BHKW den Strom vorwiegend zur Netzlastspitze produzieren und die zeitweilig überschüssige Wärme in einem Wärmespeicher puffern. Der Besitzer einer dezentralen Anlage muss zu diesem Zweck Eingriffe durch den Betreiber des Virtuellen Kraftwerks in seinen Anlagensteuerung gestatten, was gerade in privaten Haushalten zu erheblichen Akzeptanzproblemen führt.

Aufgrund Ihrer Struktur mit kleinen Erzeugern können virtuelle Kraftwerke die bestehenden Netzstrukturen mit zentralen Großkraftwerken nicht vollständig ersetzen. Vielmehr eröffnet das Konzept des Virtuellen Kraftwerks die Möglichkeit zur Ergänzung und Optimierung der bestehenden Strukturen des Energieversorgungssystems.

Neben den oben angeführten Akzeptanzproblemen stellen unter anderem die Kosten der Kommunikation und der Aufwand der zentralen Steuerung des virtuellen Kraftwerks im Vergleich zur ungekoppelten Betriebsweise der dezentralen Einspeiseanlagen ein weiteres Hemmnis zur Verbreitung von Virtuellen Kraftwerken dar. Daher werden auch Virtuelle Kraftwerke diskutiert, bei denen die einzelnen dezentralen Einspeiser nicht über eine ständige informationstechnische Kopplung verfügen.

Funktionsschema einer BHKW-Anlage

Generatorverbund

Werden Generatorverbünde und Lastverbünde zusammengeschaltet, kann eine intelligente Steuerung zunächst versuchen, Leistungsspitzen durch Demand Side Management möglichst auszugleichen, um nachfolgend den verbleibenden Leistungsrestbedarf kostengünstig aus dem Angebot der angeschlossenen Generatorverbünde zu decken.

Virtuelle Kraftwerke nutzen Synergieeffekte, die aus der Zusammenschaltung von Einzelkraftwerken entstehen. Zu diesen Effekten zählen z. B. die Lastverteilung, also die Deckung von Spitzenlasten, die ein einzelnes Kraftwerk überfordern würden, durch Zuschaltung weiterer Erzeuger. Ebenso zählt hierzu der Ausgleich von standort- oder wetterbedingten Nachteilen. Weil man Grundlastkraftwerke wie z. B. Kern- und Braunkohlekraftwerke aus wirtschaftlichen Gründen bei Nacht nicht herunterfährt, ist die Zwischenspeicherung des Nachtstroms in Speicherkraftwerken Stand der Technik.

Beispielsweise könnten ein Windpark, ein photovoltaisches Kraftwerk sowie ein Energiespeicher (z. B. Pumpspeicherkraftwerk) zu einem virtuellen Kraftwerk kombiniert werden: Weht kein Wind, kann das Solarkraftwerk einspringen. Scheint keine Sonne, kann das Windkraftwerk liefern. Scheint die Sonne, und es weht Wind, kann überschüssige Energie im Pumpspeicher aufbewahrt werden. Weht kein Wind und scheint keine Sonne, liefert das Pumpspeicherwerk die Energie zurück. Je mehr unterschiedliche Einzelkraftwerke und Kraftwerksarten kombiniert werden, desto höher ist der Synergieeffekt und damit die Gesamteffizienz des virtuellen Kraftwerkes.^[1]

Technische Grundlagen

Die wesentliche Hürde vom Übergang vieler einzelner Kleinstaggregate zum gemeinsam wirkenden Cluster eines virtuellen Kraftwerkes ist neben der Verfügbarkeit von wirtschaftlich zu betreibenden Energieanlagen im Kleinformat die Gestaltung der Kommunikation zwischen den Stromeinspeiseknoten und der Leitstelle. Daher sind u. a. folgende Teilgebiete von Interesse, an denen derzeit geforscht und entwickelt wird:

• Kommunikationsschicht (betriebskostenminimierende WAN-Techniken wie Powerline und (Funk-)Rundsteuerung usw.),
• Kommunikationsgrammatik,
• Kommunikationssemantik für aktuelle Bedarfsanforderungen,
• Nachrichtenstandardisierung (Leistungsanforderungen: Energiemenge, vermutliche Dauer, spätestmögliche Lieferung; Leistungsnachforderung: Energiemenge, vermutliche Dauer, höchstmögliche Ausfallzeit; Leistungsangebot: Energiemenge, vermutliche Dauer, geschätzte Kosten usw.)
• Kommunikationsprotokoll (vorzugsweise ein asynchrones, asymmetrisches, ereignisgesteuertes Protokoll).

Standardisierung

Von der Europäischen Union geförderte Projekte wie z. B. DISPOWER^[2], FENIX^[3] und MICROGRIDS^[4] entwickeln derzeit Standards für eine einheitliche IKT-Basis. Mit diesen Standards wird sowohl die internetbasierte Steuerung eines virtuellen Kraftwerkes möglich, als auch der automatisierte Handel mit Strom. Als leittechnischer Standard für dezentrale Energieanlagen beginnt sich die Erweiterung des Kommunikationsprotokolls IEC 61850-7-420 abzuzeichnen.^[5]

Siehe auch

• Dezentrale Stromerzeugung
• Demand Side Management
• Netzparallelbetrieb

Pilotprojekte (F&E)

In Pilotprojekten werden die Wirtschaftlichkeit und die Möglichkeit geprüft, flexibel auf Lastschwankungen zu reagieren:

1. Virtual Fuel Cell Power Plant (Vaillant)
2. Energiepark KonWerl im Projekt KonWerl 2010
3. Forschungsprojekt virtuelles Kraftwerk der Harz Energie + Vortrag
4. Virtuelles Kraftwerk der Stadtwerke Unna
5. Virtuelles Kraftwerk mit Mikro-KWK in Bingen + Pressemeldung
6. Projekt VIRTPLANT der Badenova mit FhG-ISE und Paper
7. Projektinfo I²ERN – Die Innovative Intelligente Energiesystem Region Nürnberg
8. Das virtuelle Kraftwerk Hessen-Mitte
9. Pilotprojekt für ein virtuelles Kraftwerk von RWE Energy und Siemens PTD (DEMS)
10. Das regenerative Kombikraftwerk – eine Initiative der Firmen Enercon, Schmack und SolarWorld

Produktivsysteme

im kommerziellen Betrieb:

1. SEKOS der Stadtwerke Schwäbisch Hall (S. 84ff)
2. Virtuelles Regelenergiekraftwerk der Saar Energie

Weblinks

• Virtuelle Kraftwerke: Theorie oder Realität?
• Telepolis bei Heise.de: Das virtuelle Kraftwerk
• Vortrag vom Genossenschaftstag 2004 von GP energy: Virtuelle Kraftwerke
• Greenpeace-Studie zu einem virtuellen Kraftwerk (PDF; 2,5 MB) und Zusammenfassung
• SESAM: Selbstorganisation und Spontaneität in liberalisierten und harmonisierten Märkten
• Anforderungen an dezentrale Einspeiser bezüglich der Betriebsführung in Virtuellen Kraftwerken (2006)
• Populärwissenschaftliche Erläuterungen zum Thema mit 6-minütigem Video vom Wissenschaftsmagazin "nano" (3sat) vom Januar 2008

Quellen

1. ↑ video: Kombikraftwerk - Strom ohne Atom und Kohle
2. ↑ http://www.dispower.org
3. ↑ http://www.fenix-project.org
4. ↑ http://microgrids.power.ece.ntua.gr
5. ↑ http://www.dispowergen.com/std/der