Projektbeschreibung

Das Projekt "AutoFlex" beschäftigt sich mit der Aktivierung von Flexibilitätsoptionen im gewerblichen und privaten Bereich anhand dynamischer Stromtarife zur verbesserten Einbindung Erneuerbarer Energien in das Energiesystem und zur Verringerung der CO2-Emissionen.

Im Zuge der Energiewende nimmt die Bedeutung der Verschiebung von Verbräuchen („Flexibilität“) im deutschen Stromnetz immer weiter zu. Bisher ist diese Flexibilität meist Sache der Energielieferanten, die Möglichkeiten der Verbraucherinnen und Verbraucher hingegen werden nahezu vernachlässigt. Aufgrund des steigenden Ausbaus Erneuerbarer Energien (hauptsächlich Wind- und Sonnenenergie) im Zusammenhang mit der Energiewende und den damit verbundenen starken (wetterbedingten) Schwankungen in der Einspeisung der erzeugten Energie, wächst jedoch die Notwendigkeit, den Verbrauch an das Energieangebot anzupassen. Dabei sollen Lastverschiebungspotenziale genutzt werden, d. h. zeitlich flexible Prozesse sollen in Zeiten günstigen Stromangebots verschoben werden.

 

Projekthistorie

Die Vorgängerprojekte Happy Power Hour I & II hatten das Ziel, Lastverschiebungen größerer und mittelständischer Industrieunternehmen durch dynamische Stromtarife zu aktivieren. Damit erhielten diese die Möglichkeit, ihre Strombezugskosten zu verringern und zum Erfolg der Energiewende beizutragen. Das Projektkonsortium konnte zeigen, dass bei mittelständischen Industrieunternehmen großes Verlagerungspotenzial besteht. Im Forschungsprojekt Virtual Power Plant – Hebung von Flexibilitäten in großstädtischen Strukturen wurde außerdem nachgewiesen, dass auch Privatkundinnen und -kunden Interesse an der Verlagerung ihrer Verbräuche zeigen. Das Projekt AutoFlex soll nun auf die erzielten Ergebnisse aufbauen und einen dynamischen Stromtarif für Privat- und Gewerbekundinnen und -kunden entwickeln. 

Der dynamische Stromtarif

Viele Abläufe im gewerblichen und privaten Bereich bieten die Möglichkeit zur Lastverschiebung, weil sie im Tages-, Wochen- oder sogar Monatsverlauf so liegen, dass sie sich zeitlich verschieben lassen. Zur Zeit bleibt dieses Potenzial durch den meist festen Strompreis in Versorgungsverträgen allerdings ungenutzt, d.h. der Strom kostet den Verbraucher und die Verbraucherin während der Vertragslaufzeit immer gleich viel. Strom ist aber nicht zu jedem Zeitpunkt gleich viel wert, denn die Strompreise ergeben sich aus Angebot und Nachfrage. Das Angebot wird heutzutage durch die Einspeisung der Erneuerbaren Energien stark beeinflusst. So ist an der Strombörse EPEX SPOT in Paris zu Zeiten hoher Einspeisung durch z.B. Photovoltaikanlagen im Sommer der Strompreis relativ günstig und kann sogar in Ausnahmefällen negativ werden, d.h. der Lieferant muss sogar dafür bezahlen, dass ihm jemand den Strom abnimmt, weil sonst das Stromnetz geschädigt würde. Bei niedriger Einspeisung der Erneuerbaren Energien ist ein Anstieg des Strompreises zu erwarten.

Abbildung 1 zeigt die Preisverläufe einer beispielhaften Woche aus dem Jahr 2020 der sogenannten Day-Ahead-Auktion sowie des minimalen und maximalen Preises des kontinuierlichen Intraday-Handels. Die Day-Ahead-Auktion („Vortagesversteigerung“) findet, wie der Name schon vermuten lässt, immer einen Tag vor Strombelieferungszeitpunkt statt. Der Intraday-Handel („Untertageshandel“) hingegen beginnt erst nach Beendigung der Day-Ahead-Auktion um 15:00 Uhr des Vortages und endet erst 5 Minuten vor Strombelieferung. Durch den kontinuierlichen Stromhandel kommt es zu einer teilweise sehr kurzfristigen Preisbildung für die jeweiligen Belieferungszeiträume. Die Preisschwankungen des kontinuierlichen Intraday-Handels entstehen u.a. durch unplanmäßige Kraftwerkausfälle oder dadurch, dass die Erzeuger Erneuerbarer Energie andere Einspeisungen angekündigt haben als dann tatsächlich erfolgt sind. Das führt dazu, dass der Wert des Stromes im Laufe des Tages teils sehr stark variieren kann.

Der Wert des Produkts „Strom“ hängt somit zum einen davon ab, über welche Handelsplattform man ihn bezieht und zum anderen, zu welchem Zeitpunkt man dies tut. Durch geschicktes Handeln in Kombination mit geeigneten verschiebbaren Lasten können die verschiedenen Vorteile der unterschiedlichen Handelsplattformen ohne Risiko miteinander vereint werden.

Das Forschungsprojekt AutoFlex hat die Absicht, Lastverschiebungspotenziale im gewerblichen und privaten Bereich mit Hilfe von dynamischen Stromtarifen zu heben. Hierbei sollen alle Handelsplattformen der Strombörse EPEX SPOT berücksichtig werden. Es besteht zudem die Möglichkeit durch Betrachtung des kontinuierlichen Intraday-Handels auf Abweichungen der Vorhersage von Erneuerbaren Energien zu reagieren und Lasten entsprechend zu verschieben. Hierdurch kann eine plötzlich auftretende Energieflaute in wind- und sonnenarmen Zeiten vermieden werden. Ein Vorteil eines dynamischen Stromtarifs ist, dass dieser lediglich einen Anreiz gibt, Prozesse in preisgünstige Zeiten zu verschieben. Die Entscheidung, ob und wieviel Last verschoben wird, liegt in jedem Fall immer bei den Gewerbe- und Privatkundinnen und -kunden.

Abbildung 1: Volatilität der Strombörse EPEX SPOT in Paris

 

Projektziel

Ziel des Forschungsprojekts AutoFlex ist die Entwicklung und Konzeptionierung eines dynamischen Stromtarifs, der die Strompreisschwankungen der Strombörse vollautomatisiert an die Kundinnen und Kunden im Gewerbe und Privathaushalt weitergibt. Dafür gilt es, insbesondere den derzeit noch großen manuellen Aufwand sowie die Kosten zur Lastverschiebung zu vermindern, sodass künftig auch flexible Anlagen mit weniger Verbrauch einen dynamischen Stromtarif nutzen können. Das können sowohl Anlagen kleinerer Gewerbebetriebe (z. B. Backöfen in Bäckereien, Kühl- und Klimaanlagen in Supermärkten) oder leistungsintensive Geräte in Privathaushalten (z. B. Ladesäulen für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen) sein.

Gewerbe- und Privatkundinnen und -kunden sollen angeregt werden, ihre Prozesse zu verschieben und Energie dann vermehrt zu nutzen, wenn sie auch produziert wird. Zu Zeiten günstigen Stroms herrscht ein ausreichendes Angebot an Strom, dann sollten Verbraucherinnen und Verbraucher ihren Strombezug erhöhen. Zu Zeiten hoher Strompreise herrscht eine Stromknappheit, dann sollten Verbraucherinnen und Verbraucher zu diesen Zeiten ihre Lasten möglichst reduzieren. Dadurch können die Schwankungen der Erneuerbaren Energien im Stromnetz integriert und ein netzdienliches Verhalten der Verbraucherinnen und Verbraucher gefördert werden. Gleichzeitig ergibt sich dadurch für Gewerbe- und Privatkundinnen und -kunden die Möglichkeit, den persönlichen ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Außerdem lassen sich durch die Nutzung von Lastverschiebungspotenzialen und eines dynamischen Stromtarifs langfristig die Strombezugskosten senken.

Projektvorgehen

Im Folgenden wird das Vorgehen des Forschungsprojekts kurz vorgestellt:

Phase 1: Potenzialanalyse flexibler Verbraucherinnen und Verbraucher sowie Tarifgestaltung

Zur schnellen und einfachen Abschätzung der Flexibilität wird eine Methode entwickelt, die möglichst automatisiert das Flexibilitätspotenzial bestimmen kann. Hierbei liegt das Augenmerk auf der Beschreibung der Möglichkeiten zur Verbrauchsverlagerung an unterschiedlichen Tagen, vor dem Hintergrund der Wetterlage sowie weiterer Einflussfaktoren. Weiterhin sollen die Anforderungen an ein attraktives Preismodell definiert werden, um einen geeigneten Tarif aufzustellen.

Phase 2: Konzeptionierung einer Automatisierungstechnik zur Ansteuerung der Flexibilitätsoptionen

Nachdem ein Prozess als geeignet für einen dynamischen Stromtarif bewertet wurde, muss das Lastverschiebungspotenzial aktiviert werden. Da die Preissignale des dynamischen Stromtarifs vollautomatisiert zwischen dem Energiehändler und den Gewerbe- und Privatkundinnen und -kunden übertragen werden sollen, braucht es eine geeignete standardisierte Automatisierungstechnik. Dabei müssen die Schnittstellen der bestehenden Steuerungen im Hinblcik auf Übertragungsprotokolle, dem Regelungsverhalten, sowie der Datensicherheit untersucht werden.

Phase 3: Praxistauglichkeit eines dynamischen Stromtarifs

In der dritten und letzten Phase ist zu untersuchen, wie praxistauglich die konzeptionierten Stromtarife letztendlich sind. Hier liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Kundenakzeptanz und den Ergebnissen des Feldtests. Im Rahmen des Feldtests sollen anhand der entwickelten Tarifmodelle echte Flexibilitätsoptionen vermarktet werden. Hierfür muss das entwickelte Datenmodell inklusive aller hierfür vorhergesehenen Schnittstellen in die Systeme des Energieversorgers integriert werden.