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Nicht so einfach: Berechnung der Kosten für die Integration erneuerbarer Energien in das Netz

Nicht so einfach: Berechnung der Kosten für die Integration erneuerbarer Energien in das Netz


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Die im Bau befindliche Integrationsanlage für Energiesysteme des Nationalen Labors für erneuerbare Energien (NREL) (ESIF). Dies ist eine Forschungs- und Entwicklungseinrichtung für die Systemintegration im Megawatt-Maßstab bei NREL [Bildquelle: Dennis Schroeder / NREL]

Die Berechnung der Kosten für die Integration von erneuerbarem Strom in das Netz ist nicht einfach, da es eine Vielzahl von komplizierenden Faktoren gibt. Dies ist jedoch nicht nur auf erneuerbare Energien beschränkt, da fast alle Erzeugungstechnologien Kosten verursachen, wenn sie dem Übertragungsnetz hinzugefügt werden. Dies gilt insbesondere für große Generatoren, für die zusätzliche Anforderungen an die Rückstellung für unvorhergesehene Ausgaben erforderlich sind, um einen plötzlichen Ausfall zu vermeiden. Die auferlegten Kosten werden auf alle Erzeugungstechnologien aufgeteilt, was wiederum bedeutet, dass die Technologien, die das Problem verursachen, von den kleineren Generatoren effektiv subventioniert werden. Das hier verwendete Grundprinzip ist, dass die größeren Generatoren und die erhöhten Rückstellungen für unvorhergesehene Ausgaben, die sie bereitstellen, dem gesamten System zugute kommen

In den letzten Jahren sind die Kosten für die Erzeugung aus Technologien für erneuerbare Energien wie Sonne und Wind so stark gesunken, dass die ausgeglichenen Stromkosten (LCOE) für beide Technologien in vielen Fällen unter denen für konventionelle fossile Brennstoffe und Kernkraft liegen Teile der Welt.

Wind und Sonne sind jedoch Beispiele für erneuerbare Technologien, die aufgrund des Problems der Unterbrechung keinen Strom bei Bedarf liefern können. Dies bedeutet, dass die Hauptkosten durch den Einsatz zusätzlicher Stromversorgungssysteme entstehen, die Strom in Reserve liefern.

Eine weitere Komplikation besteht darin, dass sich Wind- und Solaranlagen in abgelegenen Gebieten befinden, weit entfernt von der größten Nachfrage. Dies bedeutet, dass eine neue Netzinfrastruktur erforderlich ist, um erneuerbare Energien effektiv in globale Stromversorgungssysteme zu integrieren. Die potenziellen Kosten hierfür werden heftig diskutiert, was weitgehend vom jeweiligen Stromversorgungssystem und der Methodik abhängt.

[Bildquelle: Wikimedia Commons]

Eine zweiseitige Veröffentlichung von NREL kommentiert:

„Obwohl in einer Reihe von Studien die Integrationskosten bewertet wurden, ist ihre korrekte Berechnung schwierig, da es schwierig ist, ein Basisszenario ohne variable Erzeugung (VG) genau zu entwickeln, das den Energiewert richtig berücksichtigt. Angesichts der komplexen, nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Ressourcen und Lasten ist es auch schwierig, die Kosten angemessen zuzuordnen. “

Die Integrationskosten setzen sich aus Netzkosten, Ausgleichskosten und Kosteneffekten bei konventionellen Kraftwerken zusammen (der „Nutzungseffekt“). Die Netzkosten umfassen die Kosten für den Transport von Strom von dem Ort, an dem er erzeugt wird, zu dem Ort, an dem er benötigt wird. Ausgleichskosten sind solche, die die Unterschiede zwischen prognostizierter Leistung und tatsächlicher Produktion ausgleichen. Die Kosten für die Wechselwirkung zwischen erneuerbaren Energien und anderen Kraftwerken beinhalten die spezifischen Produktionskosten in diesen Anlagen aufgrund der Reduzierung ihrer Volllaststunden. Diese Kosten entstehen, wenn ein neues Kraftwerk zu einem Stromnetz hinzugefügt wird. Die Integrationskosten für Wind und Sonne unterscheiden sich jedoch von denen für Grundlastkraftwerke.

Die größte Diskussion um die Integration betrifft die Kosten im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen neuer erneuerbarer Energie und bestehender konventioneller Energie. Eine solche Diskussion beinhaltet die Berechnung des „Nutzungseffekts“, bei dem einige Anlagen modernisiert und die Nutzung anderer Anlagen reduziert werden. Eine geringere Auslastung dieser Anlagen erhöht wiederum die spezifischen Erzeugungskosten.

In einem Bericht der Agora-energiewende wird die Berechnung der Gesamtkosten des Stromnetzes mit und ohne Wind- und Sonnenenergie empfohlen, um eine Reihe verschiedener Erzeugungsquellen zu vergleichen. Dies erkennt auch das US National Renewable Energy Laboratory (NREL) an.

Eine der Red B Racetrack-Schalttafeln in der Energy Systems Integration Facility (ESIF) von NREL [Bildquelle: Dennis Schroeder - NREL]

Es gibt jetzt Analysetechniken, mit denen der Betrieb von Stromversorgungssystemen mit zeitsynchronisierter Last und Daten für Wind und Sonne effektiv simuliert werden kann. Einige dieser Modelle arbeiten mit stündlichen (oder kürzeren) Zeiträumen über einen Zeitraum von einem Jahr oder länger. Dies bedeutet, dass sie Fehler von Wind, Sonne und Last vorhersagen sowie Leistung und Verbrauch berechnen können. Dies bedeutet, dass die Gesamtsystemkosten unter verschiedenen Bedingungen genau berechnet werden können, wobei die Kostenunterschiede in der Regel durch die Einsparungen bei den Kraftstoffkosten durch erneuerbare Energien dominiert werden.

Die Berechnung der „Integrationskosten“ für die zusätzlichen Kosten, die durch die Variabilität von Wind und Sonne entstehen, bleibt jedoch schwierig. Dies ist auf die komplexen Wechselwirkungen zwischen Komponenten des Stromversorgungssystems zurückzuführen, die Fragen aufwerfen, ob Integrationskostenkomponenten entwirrt werden können oder nicht. Diese Komplexität ergibt sich aus dem Problem der Ermittlung der zu vergleichenden Bedingungen und der Wechselwirkungen zwischen den Erzeugungsressourcen, insbesondere angesichts der Tatsache, dass die Integrationskosten für Wind und Sonne nicht direkt gemessen werden können.

Beispiele für häufige Berechnungsfehler, die während Integrationsstudien gemacht wurden, sind:

  • Doppelzählung - Dies resultiert normalerweise aus der Nichtberücksichtigung von Aggregationsvorteilen oder der Einbeziehung des gleichen Variabilitätsniveaus über mehrere Generationsquellen hinweg.
  • Versuch, die Generierung von Variablen isoliert von der Last auszugleichen
  • Skalierung der Leistung variabler Generatoren, um die erwartete Leistung einer größeren Flotte darzustellen, wodurch die Variabilität durch Wind und möglicherweise auch durch Sonne tendenziell überbewertet wird.

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Die aktuelle Integrationsanalyse für Wind und Sonne verwendet dieselbe Software für sicherheitsbeschränkte Einheiten und wirtschaftliche Versandsoftware, die auch für den Betrieb des derzeitigen Stromversorgungssystems verwendet wird. Modelle, die an der numerischen Wettervorhersage, der Wolkendecke und anderen Wettermodellierungstechnologien beteiligt sind, werden verwendet, um Wind- und Sonnenzeitreihendaten zu generieren, die zeitlich mit Lastdaten synchronisiert werden können. Die Modellierung wird über einen Zeitraum von mehreren Jahren mit einer Auflösung von 10 Minuten oder sogar noch schneller durchgeführt, und Wind- und Sonnenvorhersagen sind enthalten. Ein Basisfall ohne variable Erzeugung kann mit mehreren Fallstudien zur variablen Erzeugung mit hoher Durchdringung verglichen werden, um die Auswirkungen von Wind und Sonne auf Kraftstoff- und Betriebskosten, Reserveanforderungen und den Betrieb herkömmlicher Erzeugungstechnologien zu bewerten. Dies bedeutet, dass die Gesamtsystemkosten mit und ohne variable Generierung jetzt mit einem relativ hohen Maß an Sicherheit berechnet werden können.

Darüber hinaus bieten variable Technologien für erneuerbare Energien Vielfalt, Preisstabilität, Energiesicherheit und zahlreiche Umweltvorteile. All diese Faktoren bieten allen Benutzern des Stromversorgungssystems Vorteile, sodass die Integrationskosten möglicherweise weitgehend geteilt werden können.

Weitere Maßnahmen, die eingeführt werden könnten, sind eine verbesserte Koordinierung zwischen benachbarten Systembetreibern, eine größere geografische Vielfalt von Wind- und Solaranlagen, Übertragungsverstärkungen und nachfrageseitige Lösungen wie Nachfrageantwort und Preisgestaltung bei Nutzungsdauer. In Anbetracht einer solchen Maßnahme in einer im August 2015 durchgeführten Literaturrecherche stellte Synapse fest, dass Wind und Sonne für etwa 5 USD (3,41 GBP) pro MWh integriert werden könnten.


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