Energiespeicher-Wissensklasse | Kurzanalyse des VPP

F: Was ist ein virtuelles Kraftwerk?

A

Ein virtuelles Kraftwerk (VPP) ist ein System, das fortschrittliche Kommunikations- und Steuerungstechnologien nutzt, um dezentrale Energieressourcen (wie Windkraft, photovoltaische Stromerzeugung, Energiespeichersysteme und steuerbare Lasten), die an verschiedenen Standorten verteilt sind, zu integrieren und zu koordinieren. Mithilfe eines VPP können dezentrale Energieressourcen gemeinsam am Strommarkt und in der Netzsteuerung teilnehmen, wodurch die Energieeffizienz verbessert, der stabile Betrieb des Stromsystems sichergestellt und die wirtschaftlichen Vorteile maximiert werden.

F: Was sind die Bestandteile eines VPP?

A

Verteilte Energieressourcen (DER): Dazu gehören photovoltaische Stromerzeugung, Windkraftnutzung, kleine Wasserkraftanlagen, Biomassestromerzeugung, Energiespeichersysteme (wie Batterien), Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie steuerbare Lasten (wie intelligente Haushaltsgeräte und industrielle Lasten). Diese Ressourcen sind über eine digitale Plattform miteinander verbunden und bilden so ein virtuelles integriertes Stromversorgungssystem.

Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT): Wird verwendet, um den Betriebszustand dezentraler Energieressourcen zu überwachen, zu steuern und zu optimieren. Dazu gehören Geräte des Internets der Dinge (IoT), Sensoren, Überwachungs- und Steuerungssysteme sowie Daten-Erfassungssysteme (SCADA) und Cloud-Computing- und Big-Data-Analyseplattformen.

Intelligentes Dispositions- und Steuerungssystem: Nutzt fortschrittliche Algorithmen und Steuerungsstrategien, um eine koordinierte Disposition und optimierte Betriebsführung verteilter Energieressourcen zu erreichen und so die Stabilität und Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung zu gewährleisten.

Energiemanagementsystem (EMS): Verwaltet und optimiert den Betrieb des VPP umfassend, einschließlich Funktionen wie Energieprognose, Nachfrageantwort, Markthandel und Fehlerdiagnose.

Vilion's ViStarter EMS

Das von dem Vilion-Team eigenständig entwickelte ViStarter EMS ist eine leichtgewichtige Steuerungs- und integrierte Energiemanagementplattform für den Einsatz vor Ort, die Echtzeit-Datenerfassung und -analyse, die Planung und Verwaltung des Systembetriebs sowie Funktionen zur selbstständigen Fehlerdiagnose und Wartung umfasst. Es integriert verschiedene industrielle und gewerbliche Anwendungsmodelle und dient als rund um die Uhr verfügbarer intelligenter Energiemanagementexperte, der Betriebsstrategien kontinuierlich berechnet und optimiert, um maximale Nutzenvorteile für die Anwender zu erzielen.

ViStarter EMS-Schnittstelle

ViStarter ist in erster Linie für Anwendungen konzipiert, die Batterie-Energiespeichersysteme betreffen. Es optimiert die Energieverteilung mehrerer Speichergeräte vor Ort und überwacht die komplementäre Integration verschiedener Energiequellen (wie Verbraucher, Photovoltaik, Windkraft und Generatoren), um bestmögliche Ergebnisse im Energiemanagement zu erzielen.

Bei Aufbau und Betrieb von VPPs wird Vilion's ViStarter mit seinen leistungsstarken Funktionen zur Energieverteilung zwischen mehreren Speichereinheiten sowie zur komplementären Überwachung mehrerer Energieträger ein unverzichtbarer Partner sein. Durch die Optimierung der Betriebsstrategie vor Ort kann es die Energieausnutzung maximieren und die Effizienz steigern, wodurch es einen starken Beitrag zum stabilen und effizienten Betrieb von VPPs leistet.

Weitere Spezifikationen zu ViStarter EMS anzeigen: ViStarter-Energiemanagementsystem_Vilion (szvilion.com)

F: Wie funktioniert ein VPP?

A

(1) Datenerfassung und Überwachung: Das VPP sammelt Echtzeit-Betriebsdaten (wie Stromerzeugung, Zustand der Energiespeicherung und Lastanforderung) von dezentralen Energiequellen mithilfe von Sensoren und Kommunikationsnetzen.

(2) Optimierung, Planung und Steuerung: Das Energiemanagementsystem optimiert die Bereitstellungsstrategien auf Basis gesammelter Daten, in Kombination mit Strommarktpreissignalen und Netzlastanforderungen, um den Betrieb dezentraler Energieressourcen zu koordinieren und das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sicherzustellen.

(3) Markttrading und Reaktion: Das VPP kann am Stromspotmarkt sowie am Markt für Nebendienstleistungen teilnehmen. Durch flexible Anpassung der Ausgangsleistung und Lastreaktion kann es Markteinnahmen generieren.

(4) Feedback und Anpassung: Aufgrund der Markttansaktionsergebnisse und des Netzbetriebszustands passt das VPP seine Dispositionsstrategien kontinuierlich an, um den Gesrobetrieb zu optimieren.

F: Was sind die Anwendungsszenarien und Funktionen eines VPP?

A

(1) Strommarkthandel: Ein VPP kann am Spotmarkt für Strom sowie am Markt für Nebendienstleistungen teilnehmen, um Markteinnahmen zu erzielen, Energiekosten zu senken und wirtschaftliche Vorteile zu steigern.

(2) Nachfrageantwort: Durch die Anpassung der Lastreaktionen kann ein VPP an Nachfrageantwortprojekten teilnehmen und so Regelungsfähigkeiten für das Stromnetz bereitstellen. VPPs können außerdem flexible Bereitstellungsmöglichkeiten bieten, um Angebot und Nachfrage auszugleichen, den Druck auf das Netz zu verringern sowie die Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromsystems zu erhöhen.

(3) Notfall-Notstromversorgung: Im Falle von Netzausfällen oder Notfällen kann ein VPP als Notstromquelle dienen, um die Versorgungsstabilität zu gewährleisten.

(4) Integration erneuerbarer Energien: Ein VPP kann die netzseitige Integration dezentraler erneuerbarer Energien optimieren und so den Druck auf das Stromnetz verringern. Seine integrierten Managementfähigkeiten tragen dazu bei, den Anteil dezentraler erneuerbarer Energien zu erhöhen, die Energieeffizienz zu verbessern, Abfälle zu reduzieren sowie den Energiewandel und eine kohlenstoffarme Entwicklung zu fördern.

(5) Optimierung der Energiespeicherung: Energiespeichersysteme sind ein entscheidender Bestandteil eines VPP. Mithilfe zentralisierter Planungs- und Optimierungsalgorithmen kann ein VPP den Lade- und Entladevorgang von Energiespeichersystemen steuern, um wirtschaftliche Vorteile und Netzstabilität zu maximieren. Beispielsweise erfolgt das Aufladen in Zeiten niedriger Nachfrage und die Entladung während Spitzenzeiten oder die Bereitstellung von Notstrom bei Netzausfällen.

(6) Lademanagement für Elektrofahrzeuge: Mit zunehmender Akzeptanz von Elektrofahrzeugen (EVs) wirkt sich deren Ladebedarf immer stärker auf das Stromnetz aus. Ein VPP kann das Lademanagement für EVs optimieren, indem es Verbindungen zu und Zeitpläne mit EV-Ladestationen erstellt. Dadurch lässt sich der Druck auf das Stromnetz verringern und den Nutzern von Elektrofahrzeugen bequemere und kostengünstigere Ladeservices bieten.

F Wie werden VPPs in verschiedenen Ländern umgesetzt?

A

Die Umsetzung von VPPs variiert je nach Land und hängt von Faktoren wie der Struktur des Strommarktes, dem politischen Umfeld, der technologischen Entwicklung und den Ressourcenverfügbarkeiten ab. Hier sind einige Beispiele dafür, wie VPPs in verschiedenen Ländern umgesetzt werden:

(1) Deutschland

a. Politische Treiber und Marktmechanismen

Die Einführung von VPPs in Deutschland hat von starken politischen Impulsen und einem hochgradig liberalisierten Strommarktmechanismus profitiert. Erstens hat Deutschland klare Ziele zur Reduzierung von Treibhausgasen festgelegt und das Ziel, bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen, bereits auf 2045 vorgezogen; zudem hat es die Entwicklung erneuerbarer Energien energisch gefördert. Dieser politische Rahmen bildet eine starke Triebkraft für die Entwicklung von VPPs. Zweitens hat Deutschland ein Betriebsmodell übernommen, das die Geschäftsbereiche Netz, Kraftwerk, Übertragung, Verteilung und Stromvertrieb voneinander trennt, was zu einem hochgradig liberalisierten Strommarkt geführt hat. Dies schafft wesentliche Voraussetzungen dafür, dass neue Marktteilnehmer in den Markt eintreten und sich zu nachhaltigen und rentablen neuen Geschäftsmodellen entwickeln können.

b. Kommerzieller Betrieb erhöht die Flexibilität und Rentabilität des Stromsystems

VPPs in Deutschland haben den kommerziellen Betrieb aufgenommen; zu den Betreibern zählen unabhängige VPP-Betreiber, große Energieunternehmen sowie neue Marktteilnehmer. Die deutschen Netzausgleichsgruppen (auch als «Balance Responsible Parties» bekannt) spielen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung des Gleichgewichts zwischen Stromangebot und -nachfrage. Zahlreiche VPP-Betreiber arbeiten mit diesen Ausgleichsgruppen zusammen, und auch die Balance Responsible Parties selbst können eigene VPPs betreiben. Durch die Bündelung und zentrale Steuerung dezentraler Energieressourcen erhöhen sie die Flexibilität des Stromsystems.

Darüber hinaus integrieren VPPs dezentrale Energieressourcen, um an Strommarkttransaktionen teilzunehmen und so mehrere Vorteile zu erzielen, wie etwa Netzausgleichsdienste und nutzerseitige Dienstleistungen. In Deutschland nehmen VPP-Betreiber über verschiedene Handelsmethoden am Strommarkt teil, darunter der Day-Ahead-Markt, der Intraday-Markt und der Ausgleichsmarkt.

(2) Vereinigte Staaten

a. Nachfrageantwort und Flexibilitätsressourcen

Als eines der Länder mit den umfangreichsten und vielfältigsten Demand-Response-Programmen haben die Vereinigten Staaten einen robusten Markt für VPPs etabliert. Auf dem US-Strommarkt treten VPPs als unabhängige Marktteilnehmer auf und können wirtschaftliche Vorteile erzielen, indem sie an Demand-Response-Projekten teilnehmen. Solche Projekte werden in der Regel von Netzbetreibern oder Energiemanagementbehörden initiiert mit dem Ziel, Angebot und Nachfrage auszugleichen, indem Nutzer motiviert werden, ihr Stromverbrauchsverhalten zu ändern.

VPPs integrieren verschiedene dezentrale Energieressourcen, darunter – aber nicht ausschließlich – einstellbare Stromnachfragen von industriellen und gewerblichen Nutzern, Temperatursteuergeräte in Smart-Home-Systemen sowie Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Mithilfe fortschrittlicher Kommunikationstechnologien und Steuerungssysteme können VPPs den Stromverbrauch dieser flexiblen Lastressourcen in Echtzeit überwachen und anpassen. So hat beispielsweise das VPP-Projekt von Tesla in den Vereinigten Staaten mehrere Regionen abgedeckt, darunter auch Kalifornien. Es nutzt seine Echtzeit-Handels- und Steuerungsplattform namens Autobidder, die es Eigentümern und Betreibern ermöglicht, Betriebsstrategien zu entwickeln, die ihren geschäftlichen Zielen und Risikopräferenzen entsprechend die Einnahmen maximieren.

b. Marktmechanismen

Der US-amerikanische Strommarkt ist hochentwickelt und zeichnet sich durch einen hohen Grad an Marktorientierung, Diversifizierung sowie die Anwendung technologischer Innovationen aus. Die Entwicklung von Virtual Power Plants (VPPs) in den USA spiegelt diese Marktreife wider. VPPs integrieren dezentrale Energiequellen, um sowohl am Großhandels- als auch am Einzelhandelsstrommarkt teilzunehmen. Diese Integration optimiert die Ressourcenallokation und steigert die Effizienz der Energienutzung.

(3) China

a. Politische Leitlinien und Demonstrationsprojekte

Die chinesische Regierung fördert aktiv den Aufbau und die Entwicklung von VPPs. Verschiedene Behörden, darunter die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC) und die Nationale Energiebehörde (NEA), haben mehrere Politiken eingeführt, um Demonstrationsprojekte für VPPs zu unterstützen. So zielt der «14. Fünfjahresplan für ein modernes Energiesystem» darauf ab, durch diese Demonstrationsprojekte Erfahrungen zu sammeln und Modelle für den Aufbau und die Entwicklung von VPPs zu erproben, die den nationalen Gegebenheiten Chinas entsprechen.

Im Juli 2024 hat die China General Nuclear Power Group (CGN) in dem Dongfang-Kabelpark in Ningbo, Zhejiang, das erste landesweit vollständig auf grüner Stromversorgung basierende VPP-Projekt gestartet. Dieses Projekt nutzt einen kooperativen Betrieb verschiedener Energiequellen – darunter Photovoltaikanlagen, Energiespeicher, Ladestationen und industrielle Lasten –, um eine intelligente Schaltfunktion auf Basis der Echtzeit-Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen und so die Energieausnutzung sowie die Kosteneffizienz zu steigern.

b. Technologische Innovation und Anwendung

China hat bedeutende Fortschritte bei der Technologie von VPPs erzielt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Internet-of-Things-(IoT)-Technologie können VPPs nun den Zustand und die Betriebsdaten dezentraler Energieressourcen (DERs) wie Windkraft, Photovoltaik, Energiespeichersysteme, steuerbare Lasten und Elektrofahrzeuge in Echtzeit erfassen und überwachen. Die Big-Data-Technologie verleiht VPPs leistungsstarke Datenverarbeitungs- und Analysefähigkeiten, sodass sie große Datenmengen sammeln, speichern, verarbeiten und analysieren können. Dadurch sind VPPs in der Lage, Betriebsmuster und potenziellen Wert innerhalb dezentraler Ressourcen aufzudecken. Künstliche Intelligenz (KI) wird in VPPs vor allem in Bereichen wie intelligente Planung, optimierte Steuerung und Entscheidungsunterstützung eingesetzt. Mithilfe von maschinellem Lernen und tiefem Lernen können VPPs dezentrale Ressourcen intelligent identifizieren und kategorisieren sowie optimale Planungsstrategien und Steuerungskonzepte entwickeln. Technologische Innovation verschafft VPPs einen entscheidenden Vorteil bei der Bereitstellung zuverlässiger und flexibler Stromversorgungs- oder Regelungsfähigkeiten.

(4) Andere Länder

a. Japan

Japans VPPs konzentrieren sich auf neue Energiespeicherlösungen und optimieren die Energieallokation, um Win-Win-Situationen zu schaffen. Der vielfältige Strommarkt bietet VPPs verschiedene Erlösmodelle.

b. Europäische Länder

Einige europäische Länder, wie das Vereinigte Königreich und Frankreich, fördern ebenfalls aktiv die Entwicklung von VPP, indem sie entsprechende Politiken umsetzen und Marktmechanismen etablieren, um den Einsatz und die Anwendung von VPP zu unterstützen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Implementierung von VPPs in verschiedenen Ländern einzigartige Merkmale aufweist, jedoch auf vielfältige Unterstützung angewiesen ist – einschließlich politischer Leitlinien, Marktmechanismen, technologischer Innovationen und kommerzieller Betriebsführung. Da sich der globale Energiewandel beschleunigt und die Strommärkte weiter verbessern, dürften VPPs in immer mehr Ländern und Regionen breitere Anwendung und Entwicklung finden.