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April 30, 2010

Lastmanagement (Demand Response): Gebäude als Kraftwerke im intelligenten Stromnetz

Die US-amerikanische Federal Energy Regulatory Commission (FERC) definiert Lastmanagement oder „Demand Response“ als: 

Änderung des herkömmlichen Stromverbrauchsverhaltens des Endnutzers als Reaktion auf Veränderungen des Strompreises im Laufe der Zeit oder auf Leistungsprämien, die einen niedrigeren Stromverbrauch zu Zeiten anregen sollen, in denen der Großhandelspreis hoch ist oder die Systemzuverlässigkeit auf dem Spiel steht.1

 

Lastmanagement ist eine wichtige Komponente des intelligenten Stromnetzes. Im Wesentlichen sorgt es dafür, dass Stromnutzer im Gegenzug für finanzielle Anreize ihren Elektrizitätsverbrauch zu den Zeiten reduzieren, in denen das Stromnetz Unterstützung benötigt. Dieses Konzept wird bisweilen mit einer virtuellen Kraftanlage verglichen, die „Negawatts“ produziert, d. h. Megawatts von vermiedener Last, die das Netz auf gleiche Weise frei macht wie ein mit fossilen Brennstoffen befeuerter Generator.



Laut eines aktuellen Berichts der FERC sind acht Prozent der Energieverbraucher in den USA an irgendeiner Art von Lastmanagementprogramm beteiligt. Der potenzielle Beitrag aus allen Programmen dieser Art in den USA liegt bei etwa 41 Gigawatt bzw. 5,8 Prozent des Spitzenbedarfs der USA.2 Dabei besteht die Möglichkeit, dass diese Zahl in den nächsten zehn Jahren auf 20 Prozent der Spitzenlast ansteigt.3

 

Der Nutzen des Lastmanagements

In Regionen, in denen Stromerzeugung, Stromübertragung und Versorgungskapazität eher gering sind, kann Lastmanagement dazu beitragen, dass die Lichter weiter an bleiben und die unbeständigen Marktpreise für Strom ausgeglichen werden.



Ein noch größerer Nutzen besteht darin, dass durch Investitionen in das Lastmanagement keine neuen Kapazitäten geschaffen werden müssen, d. h. es entstehen keine hohen Kosten für neue Kraftanlagen, Übertragungsleitungen und Umspannwerke. Zudem wird die Zunahme von Treibhausgasemissionen gebremst. Lastmanagement kann enorme finanzielle Auswirkungen von bis zu 1,5 Milliarden USD haben. Nach Schätzungen von The Brattle Group zufolge müssten im Laufe der nächsten 20 Jahre neue Kapazitäten hinweg geschaffen werden, wenn sich am gegenwärtigen Szenario nichts ändert.4



Auch für die Entwicklung und Implementierung von intelligenten Stromnetzen ist das Lastmanagement von entscheidender Bedeutung. Der FERC-Beauftragte Jon Wellinghoff bezeichnet das Lastmanagement als „die ‚Killer-Anwendung’ für das intelligente Stromnetz.“ Er fügt hinzu: "Durch die Messabläufe unseres FERC-Berichts und die Ermittlung noch immer vorhandener Hindernisse, die dem Lastmanagement im Wege stehen, können wir unsere Fortschritte bei der Einführung wichtiger intelligenter Stromnetztechnologien effektiv bewerten."5



Außerdem hilft das Lastmanagement sehr dabei, mehr erneuerbare Energien in den weltweiten Energieträgermix einzuführen und dabei gleichzeitig die Stabilität des Stromnetzes sicherzustellen. In den Anlagen der nächsten Generation wird ein weit verbreitetes Lastmanagement dazu beitragen, das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage in einem intelligenten Stromnetz aufrechtzuerhalten. Hierfür wird ein sehr viel höherer Prozentsatz an regelbaren Quellen für erneuerbare Energien wie zum Beispiel Wind und Sonne zum Einsatz kommen.

 

Eine genauere Untersuchung

Der beste Weg, die Vorteile des Lastmanagements zu bestimmen, ist die nachfolgend abgebildete Lastdauerlinie. Dieses Diagramm zeigt in absteigender Reihenfolge den Gesamtsystembedarf in der PJM-Region6 für alle Stunden innerhalb eines Jahres.



Die Form der Kurve ist beispielhaft für alle Stromsysteme und zeigt, welchen Nutzen das Lastmanagement mit sich bringt. Bemerkenswert ist, dass nur für einen kleinen Prozentsatz der Gesamtstunden in einem Jahr die Nachfrage sehr viel höher ist als in der übrigen Zeit. Obwohl Spitzenlasten unter Umständen nur für ein- oder zweihundert Stunden pro Jahr zutreffen, sind System- und Verteilungsnetzbetreiber heute gezwungen, Infrastruktur mit ausreichend Kapazität aufzubauen, um den Bedarf in diesen Spitzennachfragezeiten zu decken (plus einen kleinen Puffer, um auf der sicheren Seite zu sein). In dem nachfolgenden Diagramm stellt die Abweichung zwischen der Stromversorgungslinie und der Nachfragelinie die überschüssige Kapazität dar – Kapazität, die den größten Teil des Jahres nicht verwendet wird.



Das Lastmanagement ist eine freiwillige Reduzierung des Stromverbrauchs durch Gebäude, Haushalte und die Industrie während der wenigen Stunden mit dem höchsten Bedarf im System. Die Auswirkungen auf das System können dabei jedoch immens sein. Man stelle sich vor, die waagerechte Linie im unten abgebildeten Diagramm würde nach unten verschoben. Basierend auf den hier aufgeführten Daten würde der Lastabwurf der obersten 120 Stunden (20 Sommertage für jeweils sechs Stunden) den Bedarf um zehn Prozent der heute erforderlichen Infrastruktur reduzieren. Ein Teil der sich so ergebenden Kosteneinsparungen könnte auf die Stromnutzer umgelegt werden und ihnen so einen Anreiz zur Stromreduzierung bieten. Der Rest würde der Gesellschaft in Form von kostengünstigerer Energie zugute kommen.

 

 

Demand response PJM load duration curve graph



Die meisten Schätzungen gehen davon aus, dass bei einem Stromnetz wie dem der USA durch Lastmanagement Einsparungen in Milliardenhöhe möglich sind. Nimmt man für ein GuD-Kraftwerk Ausgangskosten von 962 USD pro kW an, kann eine Reduzierung um zehn Prozent zu Spitzenzeiten Einsparungen von 680 Milliarden USD allein bei der Erzeugung bewirken.

 

Hindernisse und Herausforderungen

Wenn das Lastmanagement eine derart kosteneffiziente Strategie für unser Energiesystem darstellt, warum ist es dann nicht weiter verbreitet? Wie bei vielen komplexen Konzepten, die tiefgreifende strukturelle Veränderungen erfordern, kann es schwierig sein, die realen praktischen Schritte durchzuführen, die zur Umsetzung aller theoretischen Vorteile notwendig sind. Hindernisse können in Form von politischen, technischen und verhaltensbezogenen Problemen entstehen. Beispiele für solche Hindernisse sind unter anderem:  

  • Anreize – Geregelte Anlagen arbeiten mit einer Anreizstruktur, die den Aufbau materieller Vermögenswerte dem verhaltensabhängigen Lastmanagement vorzieht.

  • Marktentwicklung – Großhandelsmärkte haben sich um angebotsorientierte Ressourcen entwickelt und erst seit kurzem Lastmanagement zugelassen. Die Gleichbehandlung von Angebot und Nachfrage ist eine große regulatorische Hürde.

  • Zeit und Aufwand – Die Beteiligung an Lastmanagementprogrammen erfordert technische und wirtschaftliche Analysen sowie Arbeitszeit für die Implementierung. Technologie und Werkzeuge beginnen diese Anstrengungen zu unterstützen, doch es sind weitere Fortschritte notwendig, um eine Beteiligung zu vereinfachen.

  • Komfortzonen – Systembetreiber haben kein Problem damit, konventionelle Kraftanlagen ans Netz anzuschließen. Lastmanagementressourcen werden für die nahe Zukunft als technisches Risiko betrachtet.

Trotz dieser Herausforderungen stellt das Lastmanagement einen wichtigen Baustein des intelligenten Stromnetzes und eine potenzielle Quelle großer Vorteile für einzelne Personen und die ganze Gesellschaft dar. Politik, Technik und Mensch müssen mit vereinten Kräften dafür sorgen, dass sein volles Potenzial entfaltet wird.

 

 

Additional Information

• “The Green Effect,” a March 2007 article in Public Utilities Fortnightly examines how demand response programs contribute to energy efficiency and environmental quality.

 

 

 

1 A National Assessment & Action Plan on Demand Response Potential [http://www.ferc.gov/industries/electric/indus-act/demand-response/dr-potential.asp].

2 FERC report marks significant progress in demand response, advanced metering, FERC News Release: December 29, 2008 [http://www.ferc.gov/news/news-releases/2008/2008-4/12-29-08.asp].

3 A National Assessment of Demand Response Potential, June 2009 [http://www.ferc.gov/legal/staff-reports/06-09-demand-response.pdf].

4 Fox Penner, Chupka et al (2008) “Transforming America’s Power Industry: The Investment Challenge 2010-2030,” Brattle Group report for Edison Electric Institute’s 43rd Financial Conference.

5 FERC report marks significant progress in demand response, advanced metering, FERC News Release: December 29, 2008 [http://www.ferc.gov/news/news-releases/2008/2008-4/12-29-08.asp].

6 Pennsylvania-New Jersey-Maryland region