Nachfrageseitige Flexibilität

Nachfrageseitige Flexibilität, auch als Demand Side Management (DSM) bekannt, bezieht sich auf Programme, Strategien und Technologien, die darauf abzielen, den Stromverbrauch der Kunden zu steuern, insbesondere in Zeiten von Nachfragespitzen. Diese Maßnahmen umfassen häufig finanzielle Anreize, Lastverschiebung oder andere Methoden, um den Stromverbrauch zu senken. Die Flexibilität auf der Nachfrageseite ist von entscheidender Bedeutung, um die Integration eines großen Anteils variabler erneuerbarer Energien in die Stromsysteme zu erleichtern und Angebot und Nachfrage besser aufeinander abzustimmen. Durch die Nachfragesteuerung kann der Stromverbrauch besser verteilt werden, wodurch Engpässe im Stromnetz reduziert werden können. Auf diese Weise kann die Nachfrageseite einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Umstellung auf eine nachhaltigere Energieversorgung leisten. 

Stromversorgung und Bedarf

Traditionell fokussieren sich lineare Energie Wertschöpfungssysteme darauf, die Angebotsseite der Stromerzeugung zu verwalten - sicherzustellen, dass genügend Strom zur Deckung des Bedarfs vorhanden ist und die Produktion auf der Grundlage des Verbrauchs zu justieren. Mit dem Aufstieg erneuerbarer Energien ist die Stromproduktion jedoch weniger flexibel, da die Energie aus Wind oder Sonne genutzt werden muss, wenn sie verfügbar ist.

Darüber hinaus führt die Elektrifizierung der Mobilitäts- und Wärmesektoren durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) und Wärmepumpen zu einer erhöhten Stromnachfrage. Die Stromnetze wurden allerdings nicht für diese enormen Lasten ausgelegt und zugleich ist die Netzkapazität ist begrenzt. Die Erweiterung des Netzes, um diesen Bedarf zu bewältigen, erfordert jedoch viel Zeit und Geld, Das können sich weder Unternehmen noch der Planet sich leisten. 

Dezentralisierung und Elektrifizierung erfordern eine nachfrageseitige Flexibilität – eine Anpassung der Verbrauchs- und Erzeugungsmuster basierend auf externen Signalen. Dies ermöglicht eine Anpassung der Verbrauchsmuster an die Verfügbarkeit von sauberer Energie und ein Gleichgewicht der Nachfrage, um Spitzenlasten zu vermeiden. Die nachfrageseitige Flexibilität will Verbraucher:innen also bei konstantem Angebot Energie zu den geringsten Kosten zur Verfügung stellen. 

Wenn sie erfolgreich umgesetzt wird, erleichtert die Flexibilität auf der Nachfrageseite ein zuverlässiges, nachhaltigeres und effizientes Energiesystem. Durch die Reduzierung der Nachfrage bei geringer Netzkapazität verringert sie die Notwendigkeit von Netzerweiterungen, neuen Übertragungsnetzen oder neuen großen Kraftwerken. So lassen sich Kosten und Emissionen einerseits senken und die Kundenzufriedenheit andererseits erhöhen. Durch den Lastausgleich im bestehenden Netz reduziert sich auch den Stress auf Stromsysteme und macht sie weniger anfällig für Überlastungen.

Small-scale Flexibilität

Flexibilität auf der Nachfrageseite kann nur durch steuerbare Lasten, wie intelligente dezentrale Energieressourcen (DER), erreicht werden. Die Tatsache, dass ihre Nachfrage nicht sofort befriedigt werden muss, führt zu Flexibilität:

• Batterien sind darauf ausgelegt, Flexibilität zu gewährleisten. Ihre Kapazität ist vollständig flexibel, so abhängig von Erzeugungsmustern betrieben werden können. Wenn die Erzeugung die Nachfrage übersteigt, können sie geladen werden. entladen werden, wenn die Erzeugung die Nachfrage nicht deckt.
• Elektrofahrzeuge müssen zum Zeitpunkt der Abfahrt ausreichend aufgeladen sein, um den Mobilitätsbedarf der Fahrer zu decken. Während des Ladens kann die Ladung durch externe Faktoren wie Preis-Signalen angepasst werden, um die Nachfrage auf Zeiten mit niedrigen Preisen zu verlagern. Intelligente Technologie sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Lastspitzen minimiert werden, ohne den Nutzerkomfort zu beeinträchtigen. Mit Vehicle-to-Grid-Technologie können Elektrofahrzeuge sogar „umschalten“ und wie Batterien genutzt werden, um Strom ins Netz zu liefern.
• Wärmepumpen können auch ihre Betriebsweise an externe Signale anpassen. Gut isolierte Gebäude können Temperaturen über mehrere Stunden aufrechterhalten, was bedeutet, dass Wärmepumpen während Spitzenzeiten ausgeschaltet und ihre Kapazitäten auf Nebenzeiten verschoben werden können.

Grid-scale Flexibilität

Batterien

Hochleistungsbatterien sind von besonderer Bedeutung, um Netz-Flexibilität zu garantieren. Die Batterieladung wird hierbei in einem hohen Umfang an den Verbrauch und Bedarf des Stromnetzes angepasst.

Heizen

Power-to-Heat beschreibt die Umwandlung von Wasserstoff durch Elektrolyse zu sauberem Strom. Wasserstoff wird dabei als Energieträger verwendet und kann, bei späterem Bedarf, verwendet werden.

Power-to-Hydrogen

Power-to-Hydrogen, d. h. die Umwandlung von Strom in Wasserstoff durch Elektrolyse und dessen Verwendung als Energieträger, der dann zu einem späteren Zeitpunkt bei Bedarf genutzt werden kann, ist eine weitere vielversprechende Technologie für eine groß angelegte nachfrageseitige Flexibilität. 

Virtuelle Kraftwerke

Virtuelle Kraftwerke, oder auch Virtual Power Plants (VPP) verknüpfen verschiedene dezentrale Energieressourcen(DER). Durch die Zusammenführung und Flexibilität mehrerer dezentraler Energieressourcen und die Einbindung in den Strommarkt können systemweite Vorteile entstehen. Dies wird als virtuelles Kraftwerk (VPP) bezeichnet. Virtuelle Kraftwerke können genutzt werden, um Energie zwischen großen Kraftwerken zu verbinden und zu handeln, um die Kapazität von Elektrofahrzeugen zu bündeln oder um Flexibilität in kleineren, privaten Anwendungen zu monetarisieren. Hierfür sind Prognosen, Preis-Signale, Geräte-Messungen und Einschränkungen, Dispatch-Set-Point-Signale und mehr erforderlich, was ganzheitliches Energiemanagement erfordert. Der erste Schritt hierfür ist die nahtlose und anspruchsvolle Verbindung zwischen einem lokalen Energiemanagementsystem und dem VPP, damit alle Systeme miteinander statt gegeneinander arbeiten. Unsere XENON-Plattform von gridX bildet hierbei Verbindung zwischen dem Markt und den dezentralen Energieerzeugern.

Kommunikation

Kontrollsignale

Ein weiteres wichtiges Werkzeug für systemweite Flexibilität ist die Integration von Steuersignalen der Verteilnetzbetreiber, Distributed System Operators, (DSOs), um sicherzustellen, dass Anlagen an das Netz angepasst verhalten. DSOs können beispielsweise Signale liefern, die anzeigen, wann es zu Ungleichgewichten kommt, damit eine Ladestation die Ladung von Elektrofahrzeugen anpassen kann, um eine optimale Auslastung der Verteilnetz Kapazität sicherzustellen. Eine Integration von Elektrofahrzeugen ins Stromnetz ist dabei wichtig, um das Ladeverhalten jeder Ladestation an den Zustand des Stromnetzes anpassen zu können.

Preissignale

Dynamische Strompreissignale erhöhen die Flexibilität auf der Nachfrageseite durch finanzielle Anreize, vor allem im privaten Bereich. Die Weitergabe variabler Strompreise an die Verbraucher schafft Anreize für die Nutzung von Anlagen (von der Waschmaschine bis zum Elektroauto) zu Zeiten niedriger Preise, d. h. normalerweise bei hoher Erzeugung und geringer Nachfrage. Auf diese Weise wird der Verbrauch ausgeglichen, um starke Spitzen zu vermeiden, die das Netz überlasten können. 

Vorteile der nachfrageseitigen Flexibilität

Eine umfassende Studie der europäischen Vereinigung für digitale und dezentrale Energiesysteme, SmartEn, ergab, dass die Aktivierung der Nachfrage Flexibilität die Flexibilität von Gebäuden, Elektrofahrzeugen und der Industrie freisetzt und zu folgenden Ergebnissen führen kann:

Intelligente Energiemanagementsysteme, die die volle Flexibilität der Energieanlagen ausnutzen, sind der erste Schritt zur Erschließung dieser Vorteile. Eine Regulierung, die komplexere Anwendungsfälle ermöglicht, ist ebenfalls entscheidend für die Förderung künftiger sauberer Energiesysteme. Der erste Schritt dazu ist die erfolgreiche Einführung intelligenter Zähler. Während Länder wie Deutschland noch weit hinterherhinken, bringen neue Vorschriften die Einführung intelligenter Zähler jetzt wieder in Schwung. In einem nächsten Schritt setzt das Energiewirtschaftsgesetz (EnGW) Anreize für dynamische Tarife und bietet finanzielle Vorteile für diejenigen, die ihre Flexibilität auf den Strommärkten vermarkten. Solche Maßnahmen sind wichtig, um ein intelligentes Energiemanagement zu fördern, das in größerem Umfang für eine erhebliche nachfrageseitige Flexibilität der Stromsysteme sorgt.