Die Energiewirtschaft steht vor einem grundlegenden Veränderungsprozess, der vom Umfang als Paradigmenwechsel bezeichnet werden muss. Der weltweit ansteigende Energieverbrauch bei gleichzeitigem Rückgang der Verfügbarkeit fossiler Energieträger hat in den vergangenen Jahrzehnten zu einem stetigen Anstieg der Energiepreise geführt. Für Länder mit einer hohen Energieimportquote steigt das Versorgungsrisiko durch eine wachsende Abhängigkeit.
Um die Abhängigkeiten von Energieimporten zu reduzieren und dem Trend entgegenzuwirken werden seit einigen Jahrzehnten in hohem Maße Erneuerbare Energien (EE) sowohl national als auch international gefördert. Hierzu wurde in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und die Liberalisierung der Energiewirtschaft der Grundstein gelegt. Das ursprünglich für das Jahr 2010 ausgegebene Ziel des Anteils der EE von 4,2% wurde mit knapp 16% um ein Vielfaches übertroffen. Neben dem Wandel der Energieträger nimmt auch der dezentrale Charakter der Erzeugerstruktur zu. Windkraft- und Photovoltaikanlagen sind darüber hinaus durch eine stochastische Einspeisungs-charakteristik und eine fehlende Steuerbarkeit gekennzeichnet.
Derzeit werden Abweichungen von Energie- und Nachfrageprognosen im Versorgungssystem durch den Einsatz von Regelleistungen konventioneller Kraftwerke ausgeglichen. Der geplante Ausbau der EE wird zu weiterem Ausgleichsbedarf führen. Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist die derzeitige Problemlösung in vielerlei Hinsicht optimierungsbedürftig. Gleichzeitig stellen ehrgeizige Energieeffizienzziele hohe Anforderungen an das zukünftige Energiesystem.
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse des Potentials eines dezentralen Energiemanagements in Bezug auf eine aus volkswirtschaftlicher Sicht optimierungsbedürftigen Ausregelung von Angebot und Nachfrage und der Erreichung zukünftiger Anforderungen an das Energiesystem. Dabei soll insbesondere die Rolle des Smart Meterings bei der Zielerreichung untersucht werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation und Rahmenbedingungen
1.2 Ziele und Abgrenzung
1.3 Vorgehen
2 Elektrische Energieversorgung in Deutschland
2.1 Wirtschaftliche Rahmenbedingungen
2.1.1 Erzeugung
2.1.2 Distribution
2.1.3 Regelenergie
2.1.4 Handel und Vertrieb
2.1.4.1 Strombörsen
2.1.4.2 Strommärkte für Endverbraucher
2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen
2.2.1 Erneuerbare-Energien-Gesetz
2.2.2 Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz
2.2.3 Energieeffizienzrichtlinien
3 Energiesystemanforderungen
3.1 Motivation und Anreize der Marktrollen
3.1.1 Energielieferant
3.1.2 Endverbraucher
3.1.3 Dezentrale Erzeuger
3.1.4 Netzbetreiber
3.1.5 Messstellenbetreiber / Messdienstleister
3.2 Energiepolitische Motivationen
3.3 Anforderungen
3.3.1 Versorgungssicherheit
3.3.2 Umweltverträglichkeit
3.3.3 Wirtschaftlichkeit
4 Dezentrales Energiemanagement
4.1 Grundlagen
4.2 Erzeugungsmanagement
4.3 Lastmanagement
4.4 Voraussetzungen
4.4.1 Smart Grid
4.4.2 Smart Metering
4.4.3 Intelligente Geräte
5 Potentialanalyse
5.1 Lastmanagement
5.2 Erzeugungsmanagement
5.3 Ausgleichsbedarf
5.3.1 Szenario 2010
5.3.2 Szenario 2020
5.4 Bewertung
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Anhang
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit analysiert das Potenzial eines dezentralen Energiemanagements als Lösungsansatz für die volkswirtschaftlich optimierungsbedürftige Ausregelung von Angebot und Nachfrage in einem Energiesystem mit zunehmendem Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Rolle des Smart Meterings.
- Herausforderungen der elektrischen Energieversorgung in Deutschland
- Dynamik zwischen Energielieferanten, Endverbrauchern und Netzbetreibern
- Dezentrales Energiemanagement als aktive Steuerungseinheit
- Potenzialanalyse von Last- und Erzeugungsverlagerung in verschiedenen Szenarien
- Einsatzmöglichkeiten von Smart Grid und Smart Metering
Auszug aus dem Buch
1.1 Motivation und Rahmenbedingungen
Um die ökologischen Ziele unter vertretbaren wirtschaftlichen Aufwand zu erreichen, gilt es für einen energieeffizienten Ausgleich zwischen stark schwankenden Lastanforderungen und teilweise ebenfalls fluktuierenden Erzeugungskapazitäten zu sorgen. Gleichzeitig soll die Energieeffizienz weiter gesteigert werden. Zur Zielerreichung ist zwingend der Wechsel vom passiven Stromnetz zum Smart Grid notwendig. Dieses soll durch die durchgängige kommunikative Vernetzung der Verbraucher, Erzeuger und Speicher eine aktive Steuerung des Energiesystems ermöglichen. Um ein aktives Energiemanagement in einem Smart Grid betreiben zu können, muss die Qualität und Häufigkeit der Messdatenerfassung steigen. Zudem steigen die Anforderungen an die Überwachung der Verteilnetze auf Grund der vermehrten dezentralen Einspeisung. Dem Smart Metering kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Neben einer für ein Energiemanagement erforderlichen Kommunikationsinfrastruktur führen die verbesserten Messmethoden zu einer Erhöhung der Prognosegüte und damit zu einer Optimierung in der Energiebeschaffung. Darüber hinaus können Spannungsschwankungen oder Versorgungsausfälle schneller identifiziert und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Neben notwendigen technischen Veränderungen müssen auch wirtschaftliche Anreize gesetzt werden, um eine intelligente Steuerung von Erzeugung und Verbrauch zu ermöglichen. Im derzeitigen Energiesystem gibt es weder für die Betreiber von EE-Anlagen durch eine feste Einspeisungsvergütung noch für die Haushalte als Stromverbraucher einen Anreiz zur zeitlichen Verlagerung und damit zur Vermeidung ineffizienter Regelenergie. Dieser Anreiz könnte aber durch die Einführung der nach § 40 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) ab dem Jahr 2011 einzuführenden variablen Tarife gesetzt werden, indem diese den Verbraucher durch eine Veränderung des Strompreises zur gezielten, zeitlich optimierten Nutzung elektrischer Geräte motivieren. Durch die Verlagerung der Last bei großer Energienachfrage oder geringem Stromangebot in Zeiten mit hohem Energieangebot würde sich der Verbraucher an der Regelung des Stromnetzes beteiligen. Durch die Infrastruktur des Smart Meterings könnten Signale zur Verbrauchs- und Erzeugungssteuerung übermittelt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt den Paradigmenwechsel in der Energiewirtschaft, die Herausforderungen durch fluktuierende erneuerbare Energien und die Zielsetzung der Arbeit.
2 Elektrische Energieversorgung in Deutschland: Dieses Kapitel erläutert die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen der deutschen Stromversorgung sowie die Bedeutung von Unbundling, Netzebenen und Regelenergie.
3 Energiesystemanforderungen: Hier werden die Motivationen der verschiedenen Marktrollen sowie energiepolitische Anforderungen im Kontext des magischen Dreiecks der Energieversorgung analysiert.
4 Dezentrales Energiemanagement: Dieses Kapitel führt das dezentrale Energiemanagement als intelligente Steuerung ein und beleuchtet die Voraussetzungen wie Smart Grid, Smart Metering und intelligente Geräte.
5 Potentialanalyse: Es erfolgt die Untersuchung von Lastmanagement- und Erzeugungsmanagementpotenzialen sowie eine Ausgleichsbedarfsanalyse anhand von Szenarien für 2010 und 2020.
6 Zusammenfassung und Ausblick: Hier werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und zukünftiger Forschungsbedarf sowie notwendige gesetzliche Anpassungen aufgezeigt.
7 Anhang: Der Anhang enthält ergänzende Daten, Prognosen und Übersichten zu Pilotprojekten.
Schlüsselwörter
Smart Metering, Smart Grid, Dezentrales Energiemanagement, Erneuerbare Energien, Lastmanagement, Regelenergie, EEG, Energiewirtschaft, Lastverlagerung, Versorgungssicherheit, Energieeffizienz, Intelligente Stromnetze, Virtuelle Kraftwerke, Variable Tarife, Strombörse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Transformation der deutschen Energiewirtschaft hin zu einem dezentralen Energiemanagementsystem, um die Herausforderungen durch den Ausbau erneuerbarer Energien zu bewältigen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen der Energieversorgung, die Anforderungen an ein zukünftiges Energiesystem, die Möglichkeiten von Smart Metering und Smart Grid sowie das Potenzial für Last- und Erzeugungsmanagement.
Welches ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Analyse des Potenzials dezentralen Energiemanagements zur volkswirtschaftlich optimierten Ausregelung von Angebot und Nachfrage sowie zur Erfüllung zukünftiger Anforderungen an das Energiesystem.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor führt eine tiefgehende Literatur- und Dokumentenanalyse der wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen durch und ergänzt diese durch eine Potenzialanalyse mittels konkreter Szenarien (2010/2020) und realer Lastdaten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Analyse der bestehenden Energieversorgung, die Definition der Systemanforderungen, die Konzeption eines dezentralen Energiemanagements und eine detaillierte Potenzialanalyse für Haushalte und Anlagen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich primär durch Smart Metering, dezentrales Energiemanagement, Lastmanagement, erneuerbare Energien und intelligente Netze (Smart Grids) charakterisieren.
Warum ist Smart Metering für die Netzstabilität von entscheidender Bedeutung?
Smart Metering ermöglicht durch die Bereitstellung von Echtzeit-Messdaten eine verbesserte Überwachung der Verteilnetze und dient als Basis für variable Tarife, die zur aktiven Steuerung von Lasten beitragen.
Welche Rolle spielen variable Tarife in diesem Konzept?
Variable Tarife setzen wirtschaftliche Anreize für Verbraucher, Strom in Zeiten mit hohem Angebot oder geringer Nachfrage zu nutzen, um somit ineffiziente Regelenergie zu vermeiden.
- Arbeit zitieren
- Dipl. Wirtschaftsinformatiker (FH) und Dipl. Kaufmann (FH) Christian Schäfer (Autor:in), 2011, Dezentrales Energiemanagement. Potentiale des Smart Meterings, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/173100
