Strom - fit für die Zukunft?

Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" optimiert die Ressourcennutzung der zukünftigen Stromerzeugung.

Jetzt in zweiter, überarbeiteter und ergänzter Auflage!

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WICHTIG für Insider/Fachleute, auch unabhängig vom Buch: Lastsprünge an der Viertelstundengrenze - durch variable Stromtarife (pdf, ca. 200 kB) Den Text können Sie sehr effektiv "anlesen" und dann sehen, wie weit das Interesse reicht. Dieses Thema kommt auf jeden zu!

Kurzinfo über das Buch

Titel:   Strom - fit für die Zukunft? Dynamischer Strompreis und virtuelle Sekundärregelung Autor:   Dipl.-Ing. Walter Schittek Verlag:   Görich & Weiershäuser, Marburg ISBN:   978-3-89703-706-9 2. Auflage November 2008 Paperback, 122 S., 23x16 cm Preis:   € 9,90   [D]

Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" optimiert die Ressourcennutzung der zukünftigen Stromerzeugung und eröffnet neue Perspektiven. Das Buch richtet sich ... ... an Fachleute: Durch den ständig zunehmenden Ausbau fluktuierender Erzeugung (Windkraft und Photovoltaik) sinkt die Auslastung vorhandener Kraftwerke immer weiter; gleichzeitig muss immer mehr kurzfristig aktivierbare Regelleistung bereit gestellt werden. Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" bezieht alle Stromverbraucher in Gewerbe und Privathaushalten in den Ausgleich von Lastschwankungen auf Erzeugungs- und Verbrauchsseite ein, und das ohne nennenswerte Beeinträchtigungen. Eine zentral ermittelte relative Strompreisinformation, die den momentanen Stand von Angebot und Nachfrage widerspiegelt, wird im gesamten Netz verteilt, zusammen mit einer Prognose kommender Veränderungen. Neue Elektrogeräte und steuerbare Erzeugungsanlagen reagieren hierauf automatisch und bilden gemeinsam die zukünftige virtuelle Sekundärregelung. Schwankungen der fluktuierenden Erzeugung müssen zukünftig nur noch zum Teil durch die anderen Erzeugungsanlagen ausgeglichen werden. Auch die gewohnten Lastspitzen auf Verbrauchsseite werden durch automatische Reaktionen auf (prognostizierte) niedrigere und höhere Preise erheblich abnehmen - ein Load Shifting, von dem bisherige Demand-Response-Programme nur träumen können. ... an alle Interessierten: Die Stromerzeugung trägt erheblich zur CO2-Problematik bei. Einfach nur Windkraft und Photovoltaik auszubauen ist keine Lösung. Denn unser Bedarf an Strom ändert sich ja nicht, ob nun viel oder wenig Wind weht. Es sei denn ... Ja, ein dynamischer Strompreis kann dafür sorgen, dass sich der Stromverbrauch in Haushalten und Gewerbe automatisiert an die momentan verfügbare Leistung anpasst. Dadurch wird ein weiterer starker Ausbau regenerativer Stromerzeugung ermöglicht, und viele Kraftwerke, die bereit stehen für den Fall, dass Wind und Sonne schlapp machen, können getrost in den Ruhestand geschickt werden bzw. brauchen nicht neu gebaut werden. Dabei bleibt die Versorgungssicherheit mindestens so hoch wie heute. Lassen Sie sich hinein nehmen in eine ganz neue Sichtweise. Vor 10 oder 20 Jahren wäre dies eine nicht realisierbare Vision gewesen. Jetzt ist der Moment, die Weichen neu zu stellen!

Highlights des Konzepts
	... von genereller Bedeutung: Die Abrechnungsinformation wird fortlaufend im Stromzähler gebildet und kann bei hohem Datenschutzbedürfnis zu einem einzigen Datensatz je Abrechnungsperiode verdichtet werden. Darüber hinaus ist keinerlei Übertragung von Daten erforderlich (2.3.3). Die Stromkunden behalten maximale Gestaltungsfreiheit, was automatische Reaktionen ihrer Geräte betrifft (2.3.3 und 4.3.3). In allen Normalsituationen macht das System steuernde Zugriffe der Versorger auf Geräte und Anlagen der Kunden überflüssig, wie sie beim herkömmlichen Demand-Side Management üblich sind. Trotzdem werden geballte Reaktionen auf Preisveränderungen wirksam verhindert (3.2.3, 3.2.4, 3.2.6). ... aus dem überwiegend allgemeinverständlich gehaltenen ersten Drittel des Buches: Begründung warum zeitvariable Tarife nur eine Übergangslösung sein können (2.2.3). Preiselastizität-Überschlagsrechnung: Auch wenn man den Stromkunden nicht mehr als verdreifachte Momentanpreise zumutet, darf die gesicherte Leistung auf 60...50 % des heutigen Werts reduziert werden (2.2.5). Welche Anforderungen muss eine dynamische Preisbildung erfüllen - in Abgrenzung zu zeitvariablen Tarifen (2.2.6). Relativer Strompreis (2.3.1), Soll-Schwankungsbereich (2.3.6), Durchschnitts-Relativpreis (2.3.7). Beispiele für automatische Reaktionen von Geräten im Haushalts- und gewerblichen Bereich (2.3.2). Wie kann auch ein übermäßiges nächtliches Windleistungs-Angebot vollständig genutzt werden - zu akzeptablen Preisen für alle Beteiligten (2.3.4.2). Speziell für extremste, nicht planbare Mangelsituationen müssten -zig GW zusätzliche Kraftwerke gebaut werden - mit dem Relativpreis-Konzept können diese eingespart werden (2.3.5.1). ... aus dem überwiegend für Fachleute interessanten Rest des Buches: Vermeidung von Viertelstunden-Leistungsspitzen beim ÜNB-Netznutzungsentgelt (3.2.2.1). Nebenbei Schutz vor Leitungsüberlastungen (3.2.2.2 und 3.6.5). Nebenbei Stabilisierung bei gestörtem Betrieb mit unzulässiger Unter-/Überfrequenz (3.2.5 und 3.6.4). Prognose-abhängiges Verhalten von Geräten, gleichmäßige Lastverteilung während des nächtlichen Preisminimums ohne zusätzliche Kommunikation (3.2.6). Realisierung der Relativpreis-Ermittlung = virtuelle Sekundärregelung (3.4). Übersichtlich und kurz beschrieben; geringe Komplexität; benötigt nur Größen, die auch für die heutige Sekundärregelung zur Verfügung stehen (3.5). Das Relativpreis-System arbeitet hervorragend im Netzregelverbund (3.4.2). Begründung, warum auch eine völlig ressourcenoptimierte Primärregelung die nötigen Frequenzabweichungen "durchsetzen" könnte (3.8.1). Knappe, eingängige Zusammenfassung der neuen virtuellen Sekundärregelung (3.8.2). Ein Vorschlag für die zukünftige Einplanung von Erzeugungskapazitäten abhängig/unabhängig vom Relativpreis (4.1.4). Antworten auf kritische Fragen: u.a. Abrechenbarkeit von schnell schwankenden Preisen (4.3.4).
Der komplette Text als pdf-Datei
	Ein gedrucktes Buch im handlichen Format hat seine Vorteile. Aber man kann auch den kompletten Text online lesen. das Buch als Datei speichern und offline lesen. den Inhalt auf 129 DIN-A4-Seiten ausdrucken. die im Buch angeführten über 70 Quellenverweise online verfolgen. Das alles geht mit der pdf-Datei (ca. 890 kB). Liste der Änderungen gegenüber der Druckversion.
Die Präsentation zum Buch als pdf-Datei
	Für zwei Zwecke kann die Präsentation hilfreich sein: Um einen Gesamt-Überblick zu erhalten und dann gezielt in Details des Buches einzusteigen (bitte oberste pdf-Datei auswählen). Um als Teilnehmer eines Vortrags von Walter Schittek nach allen mündlichen Ausführungen und anschließender Diskussion die gezeigte Präsentation noch einmal anzuschauen (bitte passende pdf-Datei auswählen). Fraunhofer IWES in Kassel, 22.06.2010 Fraunhofer ISE in Freiburg, 21.05.2010 Fachtagung Solidarische Ökonomie, Bremen 24.04.2010 Dateigröße jeweils ca. 250 kB. Für die Konvertierung in pdf musste der ansprechende Hintergrund-Farbverlauf durch eine einzige Farbe ersetzt werden. Dateien zu neuen Vorträgen werden i.d.R. kurz vor Beginn des Vortrags bereitgestellt.
Bestellung beim Verlag
Wer lieber ein gedrucktes Buch im handlichen Format liest, als mit 123 ein- oder 62 doppelseitig bedruckten DIN-A4-Blättern zu hantieren, kann das Buch direkt beim Verlag per Mail oder Fax bestellen. Das hat folgende Vorteile: Sie erhalten das Buch i.d.R. postwendend an die von Ihnen angegebene Adresse geliefert - die Postlaufzeit von Büchersendungen ist allerdings manchmal länger als die von Briefen. Die Lieferung an Endkunden in Deutschland erfolgt zum normalen Ladenpreis von € 9,90 versandkostenfrei gegen Rechnung. Bitte geben Sie bei der Bestellung an: Name und Anschrift. Autor und Titel: Walter Schittek, Strom - fit für die Zukunft? ISBN: 978-3-89703-706-9. Stückzahl. Bestellung per Mail: Bitte unbedingt nach Absenden der Mail zusätzlich anrufen: 06421-681433. Sonst geht die Mail in der Spam-Flut unter. Bestellung per Fax: 06421-614198.
Das Buch im Buchhandel
	Natürlich kann man das Buch auch ganz normal im Buchhandel erhalten. Folgende Buchhandlungen haben (momentan) mehrere Exemplare davon vorrätig: Marburg: Buchhandlung Quo Vadis, Barfüßerstraße 18, 35037 Marburg, Tel. 06421-12792. Bitte weitere Buchhandlungen mitteilen. Da das Buch nicht bei den über Nacht ausliefernden Großhändlern bereit liegt, dauert eine Bestellung im Buchhandel mindestens so lange wie eine Bestellung direkt beim Verlag. Der Buchhändler-Rabatt wird zum Teil von den in diesem Fall durch die Buchhandlung zu zahlenden Versandkosten aufgefressen, deshalb stößt eine solche Bestellung wohl meist auf wenig Begeisterung beim Buchhändler. Auch unter www.buchhandel.de ist das Buch verzeichnet und kann online bestellt werden.
Zusammenfassung des Inhalts (Kapitel 2.1)
2.1.1 Variable Strompreise sind nötig Wenn es um Strom geht, unterscheidet man die Erzeugungsseite (z.B. Kraftwerke) und die Verbrauchsseite (alle Strom verbrauchenden Geräte und Anlagen). Die Erzeugungsseite ist einem nicht mehr aufzuhaltenden Wandel unterworfen. Hin zu immer mehr verteilter Erzeugung (z.B. Blockheizkraftwerke, Biomasse-Anlagen) und dabei auch immer mehr fluktuierender Erzeugung (Wind, Sonne). Politische Entscheidungen können hier verlangsamend oder beschleunigend wirken, aber an der generellen Tendenz wird sich nichts ändern. Bei grundsätzlich unverändertem Netzmanagement wird die Balance zwischen Angebot und Nachfrage immer schwieriger zu erreichen sein und irgendwann nahezu unmöglich werden: Die durchschnittliche Auslastung vorhandener Kraftwerke sinkt. Die Grundlasterzeugung muss sich weiter und weiter zurückziehen. Der Bedarf an kurzfristig aktivierbarer Regelleistung nimmt zu. Die vorzuhaltende Schattenkraftwerks-Leistung verschlingt Unsummen. Variable Strompreise gelten als zukünftiges Mittel der Wahl, um Momentan-Angebot und -Nachfrage besser zusammen zu bringen. Zunächst werden die Preisverläufe noch per Preisblatt kommunizierbar sein; schon in wenigen Jahren wird man sich von festen Zeitbereichen und Preisstufen lösen. 6...20 Preisveränderungen pro Tag, die immer zu einer vollen Viertelstunde stattfinden, werden dann i.d.R. einen Tag vorher festgelegt. 2.1.2 Integriertes Angebot-Nachfrage-Management Spätestens wenn solche komplexen variablen Stromtarife flächendeckend verbreitet sind, wird der Markt "von selbst" dafür sorgen, dass immer mehr Geräte auf Verbrauchsseite automatisch auf die Preissprünge reagieren. Dadurch verstärkt sich die erwünschte Lastverlagerung. Nach kurzer Zeit wird sich allerdings herausstellen, dass die Beherrschbarkeit des Netzes durch diese automatischen Reaktionen zunehmend erschwert wird. Preisveränderungen finden nur zu vollen Viertelstunden statt, und die Reaktionen darauf ballen sich in kurzen Zeitabschnitten zusammen. Dann ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis die Primärregelung immer wieder an ihre Auslegungsgrenze kommt (siehe 2.2.3). Das Grundproblem der sich abzeichnenden variablen Tarife ist, dass sie technisch "neben" die Frequenz-Wirkleistungsregelung (Primär- und Sekundärregelung und Minutenreserve) gestellt werden. In diesem Buch wird beschrieben, wie eine variable Tarifstruktur in die Frequenz-Wirkleistungsregelung integriert werden kann. Hier wendet sich das Blatt: Automatische Reaktionen von Erzeugungs- und Verbrauchsseite sind ausdrücklich erwünscht, je stärker desto besser. Ein derartiges System erfüllt seine Aufgabe dann ideal, wenn tatsächlich alle Beteiligten auf Erzeugungs- und Verbrauchsseite maximal einbezogen werden (ganz anders als z.B. jetzt bei der Strombörse EEX). Ein ideales integriertes Angebot-Nachfrage-Management stellt die Stromversorgung bis weit ins nächste Jahrhundert hinein auf sichere Füße. Die Integration in die Frequenz-Wirkleistungsregelung ist natürlich nicht möglich mit vorheriger Festlegung von Preisverläufen. Ein "dynamischer" Strompreis (siehe 2.2.6) passt sich immer wieder neu an die Momentan-Situation an. Damit es für die Kunden nicht unkalkulierbar wird, gehört dazu auch eine Preisprognose. Integriertes Angebot-Nachfrage-Management lässt sich nicht nur auf eine einzige Weise realisieren. Für die verschiedenen Aspekte eines solchen Systems (Preisbildung, Informationsaustausch zwischen den Beteiligten, automatische Reaktionen von Erzeugungs- und Verbrauchsseite, Verknüpfung mit der Frequenz-Wirkleistungsregelung, Behandlung von Störungssituationen, ...) sind unterschiedliche Teilkonzepte denkbar, die unterschiedliche Vor-/Nachteile und Synergien mit sich bringen können. Das in diesem Buch vorgestellte Konzept "Dynamischer Relativpreis" stellt nur eine denkbare Art der Realisierung dar. Allein schon aus technischer und wirtschaftlicher Notwendigkeit heraus wird jedes Verbund- oder Inselnetz auf der Erde irgendwann auf ein ideales Angebot-Nachfrage-Managementsystem umgestellt werden müssen. Die Frage ist nur: Wann wird das jeweils erkannt und wie frühzeitig werden die Weichen hierfür gestellt? 2.1.3 Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" Das in diesem Buch beschriebene Konzept wird auch "Relativpreis-Konzept" genannt; seine zentrale Größe, der relative Strompreis, ist weit mehr als nur ein Abrechnungswert. Die Kernpunkte des Konzepts sollen hier schon einmal sehr knapp aufgezählt werden: Der Strompreis (Arbeitspreis) errechnet sich zukünftig aus einem im Vertrag vereinbarten Basispreis, multipliziert mit dem relativen Strompreis (Relativpreis), der z.B. im Bereich 40...250 % variiert (siehe 2.3.1). Der Durchschnitts-Stromkunde (d.h. Geräteausstattung, -nutzung und Sparverhalten sind durchschnittlich) zahlt für seinen Strom im Mittel einen relativen Strompreis von ca. 100 %, kann also mit dem Basispreis kalkulieren (siehe 2.3.6). In der Einführungsphase des Systems wird die Schwankungsbreite des relativen Strompreises begrenzt, z.B. auf anfänglich 70...140 % (siehe 2.3.5). Der Relativpreis wird automatisch ermittelt als Steuergröße einer neu definierten virtuellen Sekundärregelung, die sowohl Erzeugungsanlagen als auch Verbrauchsgeräte einbezieht, im Netzregelverbund arbeitet und die Austauschprogramme der Regelzonen berücksichtigt (siehe 3.8.2). Abhängig vom Auslastungsgrad der steuerbaren Erzeugungsanlagen folgt der Relativpreis jeder Änderung bei Angebot oder Nachfrage (siehe 3.3). Der Relativpreis wird an alle Stromzähler (angepasste Smart Meters) und Verbrauchsgeräte und an alle Erzeugungsanlagen übertragen, zusammen mit einer Relativpreis-Prognose (siehe 2.3.3). Die Abrechnungsinformation wird fortlaufend im Stromzähler gebildet und kann bei hohem Datenschutzbedürfnis zu einem einzigen Datensatz je Abrechnungsperiode verdichtet werden. Darüber hinaus ist keinerlei Übertragung von Daten erforderlich. Alle neuen Elektrogeräte sind mit einer konfigurierbaren automatischen Steuerung ausgestattet, die über Schwellwerte mit zufälliger Abweichung und Verzögerung dafür sorgt, dass beim Stromverbrauch nach Möglichkeit die günstigsten Zeiten genutzt werden (siehe 3.2.3). Dies gilt nicht nur im Privathaushalt, sondern auch in Gewerbe und Industrie; die Stromkunden behalten dabei maximale Gestaltungsfreiheit (siehe 2.3.3). So könnte das in 15 Jahren aussehen: Waschmaschinen und Geschirrspüler suchen sich selbst die billigste Zeit (siehe 3.2.6). Warmwasserbereiter entscheiden selbst, wann es sich lohnt einen Vorrat aufzuheizen und wann sie bei Abnahme erhitzen. Klimaanlagen reduzieren den Luftstrom während kurzer Strompreisspitzen. In 2.3.2 gibt es mehr detaillierte Beispiele. Durch die automatische Reaktion der Verbrauchsseite auf Änderungen des Relativpreises und auf seine Prognose wird ein Load Shifting nie gekannten Ausmaßes erreicht. Potenziell jedes Verbrauchsgerät hat eine eingebaute Steuerung, die mit beliebiger Optimierung auf Preisvariationen reagieren kann. So wird die Verbrauchsseite maximal in den Ausgleich von Angebotsschwankungen einbezogen. Die Nachfrage-Variation wird deutlich geringer und passt sich in starkem Maße dem Momentan-Angebot an. Der Ressourceneinsatz für die Überbrückung von Mangelsituationen, die bei starkem Ausbau von Windkraft und Photovoltaik auftreten werden, wird optimiert, so dass die Stromversorgung bezahlbar bleibt (siehe 2.3.5). Versorger können den Relativpreis in ihrem Versorgungsgebiet bei Bedarf so modifizieren, dass ÜNB-Leistungsspitzen verringert werden (siehe 3.2.2.1). In allen Normalsituationen macht das System steuernde Zugriffe der Versorger auf Geräte und Anlagen der Kunden überflüssig, wie sie beim herkömmlichen Demand-Side Management üblich sind. Trotzdem werden geballte Reaktionen auf Preisveränderungen wirksam verhindert (siehe 3.2.3, 3.2.4, 3.2.6). Auf Erzeugungsseite variiert der Strompreis natürlich in gleichem Maße. Das führt dazu, dass steuerbare Erzeugungsanlagen wie Biomasse-Anlagen, moderne Blockheizkraftwerke und Wasserkraftwerke (natürlich nur soweit ausreichende schwallreduzierende Maßnahmen getroffen wurden) vorzugsweise in der teuren, knappen Zeit ihre Produktion automatisch steigern und so zur Bedarfsdeckung in den Spitzenzeiten beitragen. Steuerbare Erzeugungsanlagen beliebiger Größe können mit sehr großen Freiheitsgraden in das Relativpreis-System eingefügt oder unabhängig davon betrieben werden (siehe 3.3.4 und 3.6.1). Durch die Optimierung Relativpreis-bezogener Parameter kann eine möglichst rentable Betriebsweise jeder Anlage erreicht werden. Dies kann auch dynamisch oder in Kombination mit anderen Preisbildungssystemen passieren (siehe 3.3.5). Der Relativpreis ist somit nicht nur die technische Steuergröße für die zukünftige Sekundärregelung, sondern gleichzeitig auch die nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimal gewählte Abrechnungsgröße (siehe 3.7). Das Konzept ermöglicht einen maximierten Ausbau von Windkraft, Photovoltaik und sonstiger verteilter Erzeugung. Die bisher für Sekundärregelung und Minutenreserve eingesetzten Kraftwerkskapazitäten werden freigesetzt z.B. als Spitzenlastkraftwerke (siehe 3.8.2 und 3.8.3). Die Primärregelung kann ressourcenoptimiert realisiert werden (siehe 3.8.1); das System funktioniert auch ohne eine Grundlasterzeugung heutiger Art. Besonders hohe Einspeiseleistungen aus Windkraft und/oder Photovoltaik können zukünftig bis zur Grenze des Bedarfs rentabel verwertet werden (siehe 2.3.4.2). Auch darüber hinaus bleibt die Netzfrequenz ausnahmslos im Normalbetriebsbereich. Situationen mit gestörtem Betrieb bei Unterfrequenz (oder auch Überfrequenz) werden unter massiver Mithilfe der Verbrauchsseite automatisch zurückgeführt, noch ehe z.B. Schwellen für automatischen Lastabwurf erreicht werden (siehe 3.2.5 und 3.6.4). Überlastungen von Hoch- und Höchstspannungsleitungen werden durch regional abweichende Relativpreis-Steuerungswerte automatisch abgefangen (siehe 3.2.2.2 und 3.6.5). Das System ist praktisch nicht an die Grenze zu bringen. Ob die Erzeugungsseite ausreichend bemessen ist, kann zukünftig nicht mehr am Überlast-Risiko festgemacht werden, sondern muss sich an der gering zu haltenden Wahrscheinlichkeit unzumutbarer Funktionsbeeinträchtigungen auf Verbrauchsseite orientieren. Das Konzept wurde für den Einsatz in einem großen Verbundnetz entwickelt. Es ist jedoch so universell ausgelegt, dass sich sein Einsatz auch in Inselnetzen und Ländern mit (heutzutage) häufig unterbrochener Versorgung geradezu aufdrängt, aufgrund der beispiellosen Vorteile technischer und wirtschaftlicher Art (siehe u.a. 3.2.5.1). Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" greift viele Ziele gegenwärtiger und zukünftiger Konzepte (Nachttarife, Spitzenlast-Management, Lastreduktion als Regelleistung, Demand-Response-Programme, Real-Time-Pricing, Grid Friendly Appliances) auf und realisiert sie gebündelt, maximiert und effektiver (siehe 4.1 und 4.2). Das Konzept "Dynamischer Relativpreis" ist so umfassend, dass nicht nur die greifbaren Problemfelder der nächsten Jahrzehnte abgedeckt werden, sondern auch absehbare Veränderungen, die sich erst in vielen Jahrzehnten gravierend auswirken könnten. Es könnte in 12 bis 20 Jahren bundes- oder europaweit (ENTSO-E) eingeführt werden. 2.1.4 Das Umfeld des Konzeptes Neben dem Management von Angebot und Nachfrage sind in jedem Stromnetz natürlich viele andere Aspekte des Netzmanagements von Bedeutung. Auch hier werden kommende Jahrzehnte große Herausforderungen mit sich bringen, die ohne neue Konzepte nicht zu lösen sind. Dies betrifft die zunehmende Verlagerung von Erzeugungsleistung aus den Übertragungsnetzen in die Verteilungsnetze, aber auch die üblichen Themen wie Spannungshaltung und Blindleistungshaushalt. Auf die Primär- und Sekundärregelung wird in diesem Buch ausführlich eingegangen (siehe 3.8). Die anderen Themen sollen nur kurz gestreift werden (siehe 3.9); hier gibt es viele gute Konzepte, die auch und gerade auf die Zunahme verteilter/fluktuierender Erzeugung und den Abbau von Großkraftwerken eingehen. Entscheidend ist, dass neue Wege beim Management von Angebot und Nachfrage Hand in Hand gehen oder zumindest nicht kollidieren mit den anderen Bereichen des Netzmanagements.