Die Komponente Stromtarif_Regelenergie
Die Komponente Stromtarif_Regelenergie repräsentiert einen einfachen Tarif für die Teilnahme am Regelenergiemarkt. Eine Anlage im Energiesystem kann positive und/oder negative Regelenergie zur Verfügung stellen.
Komponentenvorlage
Die Komponentenvorlage Stromtarif_Regelenergie.e-ctpl befindet sich im Komponentenvorlagen-Ordner Stromversorgung.
Einbindung in ein Schema
Das folgende Schema basiert auf dem Tutorial 04. Es zeigt die zusätzliche Einbindung der Komponente Stromtarif_Regelenergie.
Das Tutorial 111 demonstriert die Verwendung der Komponente Stromtarif_Regelenergie, um die Vermaktung der von einem Stromspeicher vorgehaltenen Energie auf dem Day-ahead- und Regelenergiemarkt zu optimieren.
Funktionsweise der Komponente
Die Komponente Stromtarif_Regelenergie bildet die Teilnahme am Regelenergiemarkt ab. Die Leistung der jeweiligen Anlage wird zur Bereitstellung der Regelenergie vorgehalten und mit einem Preis vergütet. Durch die Vorhaltung der Leistung kann die vermarktete Anlage nicht für andere Zwecke im Energiesystem genutzt werden, da sie für den Regelenergiemarkt blockiert ist. Bei der Vorhaltung positiver Regelenergie muss die Anlage jederzeit in der Lage sein hochzufahren. Bei der Vorhaltung negativer Regelenergie muss die Anlage jederzeit runterfahren können. Der Betriebsbereich der Anlage ist entsprechend eingeschränkt (siehe folgende Abbildung).
Die Komponente berücksichtigt die zeitlichen Randbedingungen des Marktes mit sechs Zeitscheiben pro Tag, für die Regelenergie vermarktet werden kann. Diese Zeitscheiben a 4 h sind durch folgende Zeiträume definiert: 00-04 Uhr, 04-08 Uhr, 08-12 Uhr, 12-16 Uhr, 16-20 Uhr und 20-00 Uhr.
Die Optimierung während der Simulation entscheidet anhand des Preises für jeden Zeitpunkt im Jahr, ob sich die Teilnahme am Regelenergiemarkt mit der Vorhaltung der Leistung lohnt. Ist dies der Fall, wird die Leistung für den Regelenergiemarkt blockiert. Der Stromtarif_Regelenergie liefert nach der Simulation Informationen zu der reservierten positiven und negativen Regelleistung mit den jeweiligen Erlösen.
Abrufe von Regelenergie
Der Abruf von Regelleistung wird nicht explizit berechnet, da dies einen komplexen zweistufigen Lösungsalgorithmus erfordert. Allerdings können die möglichen Erlöse durch Regelenergieabrufe, die bei der Teilnahme am Regelarbeitsmarkt für die Sekundär- und Minutenreserve entstehen, durch einen Zusatzbeitrag im Preis der Eingabedaten berücksichtigt werden. Hierzu kann ein konstanter Preisbestandteil auf die jeweiligen Eingabewerte Preis der Regelenergie aufgeschlagen werden. Dieser zusätzliche Preisbestandteil muss anhand von Abrufwahrscheinlichkeiten und möglichen Arbeitspreisgeboten für den jeweiligen Anlagentyp abgeschätzt werden. Durch diesen Ansatz können die wirtschaftlichen Einflussfaktoren des Regelarbeitsmarktes bzw. der Abrufe bei der Entscheidungsfindung, ob sich die Teilnahme am Regelenergiemarkt lohnt, im Modell berücksichtigt werden.
Eingabedaten
Das Eingabedaten-Formular der Komponente ist in die Reiter Stromerzeuger, Stromverbraucher, Stromspeicher und Gegenregelung unterteilt.
Unter dem Eingabewert Verweis auf Anlage wählen Sie die Anlage, die am Regelenergiemarkt teilnehmen soll, aus. Unter dem Reiter Stromerzeuger können nur Stromerzeuger ausgewählt werden, Stromverbraucher und Stromspeicher haben ihre eigenen Reiter, unter denen sie als Anlagen zugewiesen werden können. In den Unterabschnitten Positive Regelleistung und Negative Regelleistung können Sie die Maximal angebotene positive und negative Leistung sowie den jeweiligen Preis, mit dem die Leistungsvorhaltung vergütet wird, vorgeben. Die Vergütung der Leistungsvorhaltung (Preis der Regelenergie) bezieht sich in dem Modell auf die blockierte Leistung und wird in EUR/(h MW) angegeben. Sie können hier einen entsprechend angepassten Preis eintragen, um darüber hinaus den gesamten Markt, z. B. auch Abrufe und damit den Regelarbeitsmarkt, zu berücksichtigen.
Zusätzlich können Sie das Minimalgebot, die kleinste mögliche Leistung, die am Markt angeboten werden kann, eintragen. In der Regel beträgt das Minimalgebot 1 MW. Kleinere Leistungen können auch durch einen Zusammenschluss von Anlagen über Dienstleister als Pool vermarktet werden.
Im Folgenden werden weitere Eingabedaten der Komponente detailliert vorgestellt.
Mindestaktivierungszeitraum (nur für Stromspeicher)
Der Mindestaktivierungszeitraum gibt an, für wie lange der Speicher Regelenergie mindestens am Stück liefern kann. Zum Beispiel kann ein Stromspeicher mit einer Kapazität von 1 MWh mit einem Mindestaktivierungszeitraum von 30 Minuten folgende Leistungen am Markt anbieten: 2 MW positive Leistung, 2 MW negative Leistung oder gleichzeitig 1 MW positive und 1 MW negative Leistung. Für die Vermarktung von Primärregelleistung ist in Deutschland zur Gewährleistung der Betriebssicherheit des Stromnetzes 2023 ein Mindesterbringungszeitraum von 15 bis 30 Minuten je nach Speicherkonfiguration für Stromspeicher vorgesehen.
Schnellstartfähigkeit
Eine schnellstartfähige Anlage kann zu jedem Zeitpunkt auf Regelenergieabrufe reagieren, auch wenn die Anlage dazu aus dem Stillstand angefahren werden muss. Bei Auswahl der Funktion Schnellstartfähigkeit der Anlage kann die Regelenergie im gesamten Leistungsbereich, auch unterhalb der minimalen Teillast, angeboten werden (siehe folgende Abbildung).
Für eine nicht-schnellstartfähige Anlage ist die Reaktion auf Regelenergieabrufe mit einem plötzlichen Anfahren aus dem Stillstand (positive Regelenergie) oder einem schnellen Abschalten (negative Regelenergie) nicht möglich. Diese Anlagen können nur während des Betriebs oberhalb der minimalen Teillast flexibel auf Regelenergieabrufe reagieren. Zum Beispiel wird bei einer minimalen Teillast von 50 % für eine nicht schnellstartfähige Anlage nur 50 % der Kapazität der Anlage am Regelleistungsmarkt angeboten (siehe folgende Abbildung).
Symmetrische Vermarktung (Primärregelleistung)
Bei der Symmetrischen Vermarktung wird gleichzeitig positive und negative Regelleistung mit identischen Mengen bereitgestellt. Entsprechend sind in den Eingabedaten die maximal und minimal angebotenen Leistungen sowie der Preis, mit dem die Leistungsvorhaltung vergütet wird, nur einmal vorzufinden. Die Symmetrische Vermarktung kommt in Deutschland für die Vermarktung von Primärregelleistung zum Einsatz.
Gegenregelung
Bei gekoppelten Anlagen muss bei der Leistungsvorhaltung von Regelenergie auch eine Leistungsvorhaltung für die zweite produzierte Energieform der Anlage, wie z. B. Wärme, Kälte oder Dampf, garantiert werden. Die Vorhaltung der zweiten Energieform ist notwendig, um zu gewährleisten, dass der Abruf von Regelenergie im Energiesystem möglich ist bzw. gegengeregelt werden kann. Zum Beispiel muss für ein BHKW garantiert werden, dass bei einer Vermarktung von positiver Regelenergie auch positive Regelenergieabrufe (BHKW fährt hoch) zu jeder Zeit möglich sind. Dazu muss für die zweite Energieform, in dem Fall für die Wärme, eine Abnahmemöglichkeit im Energiesystem vorhanden sein. In der Komponente Stromtarif_Regelenergie kann durch das Anhaken der Option Gegenregelung berücksichtigen die genannte Leistungsvorhaltung bzw. Gegenregelung der zweiten Energieform berücksichtigt werden.
Die Energieform (Wärme, Kälte, Dampf oder Brennstoff), die gegengeregelt werden muss, kann nach dem Anhaken der Option Gegenregelung berücksichtigen mittels Drop-down-Liste ausgewählt werden.
Umwandlungsfaktor
Der Umwandlungsfaktor gibt wieder, in welchem Verhältnis die durch eine Energiewandlungsanlage (zum Beispiel eine Brennstoffzelle oder Power-to-Heat-Anlage) zur Gegenregelung vorgehaltene Wärme-, Kälte-, Dampf- oder Brennstoffleistung zu der als Regelenergie vorgehaltenen elektrischen Energie steht. Er gibt das Verhältnis der Leistungsvorhaltung der zweiten Energieform zur elektrischen Leistungsvorhaltung für den Regelenergiemarkt an.
Für die Erbringung von Gegenregelleistung (Energieerzeugung) ist der Umwandlungsfaktor positiv, für die Aufnahme von Gegenregelleistung (Energieverbrauch) negativ.
Zum Beispiel geben Sie für die Gegenregelung mit einer Power-To-Heat-Anlage mit Vorhaltung der Wärmeerzeugung einen positiven und für die Gegenregelung mit einer Brennstoffzelle mit Vorhaltung des Brennstoffverbrauchs einen negativen Umwandlungsfaktor ein. Im Beispiel des BHKW ist der Umwandlungsfaktor die Stromkennzahl der Anlage, die aus dem Verhältnis der elektrischen Leistung zur Wärmeleistung bestimmt wird.
Anlagen zur Gegenregelung
Die Anlagen, die im Energiesystem für die ausgewählte Energieform zur Gegenregelung zur Verfügung stehen, müssen im Formular unter dem Reiter Gegenregelung ausgewählt werden. Die folgende Abbildung zeigt Möglichkeiten zur Eingabe von Wärme- und Brennstoffgegenregelungsanlagen.
Das Beispiel zeigt die Vermarktung eines BHKW am Regelenergiemarkt in einem Energiesystem aus dem Tutorial 4 (siehe Abbildung oben: Einbindung in ein Schema). Bei gekoppelten Anlagen muss bei der Leistungsvorhaltung von Regelenergie auch eine Leistungsvorhaltung für die zweite produzierte Energieform, in diesem Fall Wärme, garantiert werden. Diese Vorhaltung bzw. Gegenregelung der zweiten Energieform ist notwendig, um zu gewährleisten, dass der Abruf von Regelenergie im Energiesystem möglich ist bzw. gegengeregelt werden kann. Für das BHKW muss bei einer Vermarktung von positiver Regelenergie garantiert werden, dass positive Regelenergieabrufe zu jeder Zeit möglich sind, das heißt, dass das BHKW jederzeit hochfahren kann. Dazu muss für die zweite Energieform, in dem Fall für die Wärme, eine Abnahmemöglichkeit im Energiesystem vorhanden sein. Äquivalent muss es zur Bereitstellung von negativer Regelenergie möglich sein, das BHKW für einen Regelenergieabruf runterzufahren. In diesem Fall müssen gegebenenfalls weitere Anlagen zum Ausgleich der fehlenden Wärmeleistung hochgefahren werden.
Zur Veranschaulichung werden im Folgenden die Simulationsergebnisse für das BHKW einmal ohne und einmal mit der Einstellung einer Gegenregelung aufgezeigt.
Die Ergebnisse der Simulation ohne die Nutzung einer Gegenregelung für das BHKW mit der elektrischen Nennleistung von 30 kW sind in der folgenden Abbildung dargestellt.
Darin ist zu erkennen, dass in dem dargestellten Zeitraum sowohl positive als auch negative Regelenergie vermarktet wird. Allerdings ist die Vermarktung der positiven Regelenergie in diesem Modell problematisch, da ein möglicher Regelenergieabruf nicht gegengeregelt werden kann: Die zusätzlich erzeugte Wärme des BHKW bei einem solchen Abruf kann nicht abgegeben werden, da in dem Modell kein Notkühler vorhanden ist (siehe Abbildung oben unter Einbindung in ein Schema) und der Wärmebedarf bereits durch das BHKW gedeckt wird (siehe folgende Abbildung).
Die Ergebnisse der Simulation mit der Nutzung einer Gegenregelung für das BHKW sind in der folgenden Abbildung dargestellt. In dem dargestellten Zeitraum wird keine positive Regelenergie angeboten, da ein möglicher Abruf nicht gegengeregelt werden kann.
In diesem System wird zur Gegenregelung der Wärme unter dem Reiter Gegenregelung der Kessel als gegenzuregelnde Anlage zugewiesen (siehe folgende Abbildung).
