Wissenschaftliche Projektbegleitung des Projektes DSM Bayern

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1 Wissenschaftliche Projektbegleitung des Projektes DSM Bayern Endbericht FfE, Juni 2016

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3 Wissenschaftliche Projektbegleitung des Projektes DSM Bayern Auftraggeber: FfE-Auftragsnummer: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Dena-02 Bearbeiter/in: Anna Gruber Serafin von Roon Steffen Fattler Fertigstellung: Juni 2016

4 Impressum: Endbericht der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh (FfE) zum Projekt: Wissenschaftliche Projektbegleitung des Projektes DSM Bayern Auftraggeber: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Kontakt: Am Blütenanger München Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Internet: Geschäftsführer: Dr.-Ing. Serafin von Roon ISBN:

5 Inhaltsverzeichnis i Inhalt 1 Einleitung Wissenschaftliche Begleitung von DSM-Bayern Begriffsdefinitionen Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen Wesentliche Kriterien bei der Ausweisung von DSM-Potenzialen Hochrechnung von DSM-Potenzialen aus stichprobenartigen Erhebungen Merit-Order der DSM-Potenziale Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Methodische Vorgehensweise und Datenbasis Ergebnisse Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM-Produkten Methodische Vorgehensweise und Datenbasis Ergebnisse Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Regelleistungsmarkt Day-Ahead-Markt Intraday-Markt AbLaV Redispatch Bilanzkreismanagement Vergleich der Teilmärkte Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren Zusammenfassung der Einflussfaktoren Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Die Bedeutung von Energieeffizienz und DSM in ausgewählten Zielszenarien Methodische Vorgehensweise zur Bestimmung der Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz Datenbasis Ergebnisse Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz Forschungsbedarf

6 ii Inhaltsverzeichnis 9 Literaturverzeichnis Anhang

7 1 Wissenschaftliche Projektbegleitung des Projektes DSM Bayern 1 Einleitung 1.1 Wissenschaftliche Begleitung von DSM-Bayern Im Pilotprojekt Demand Side Management Bayern wurden Standards zur Erschließung von DSM-Potenzialen in Unternehmen entwickelt, die zu einer besseren Marktentwicklung von DSM in Bayern und Deutschland beitragen können. Die Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh (FfE) unterstützte dabei die Deutsche Energie-Agentur (dena) als wissenschaftlicher Partner. In der wissenschaftlichen Begleitforschung wurden die technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen bei der Erschließung von DSM-Potenzialen identifiziert. Die FfE stand der dena zudem während der gesamten Projektlaufzeit als wissenschaftlicher Ansprechpartner zur Seite. Zunächst werden Potenzialbegriffe voneinander abgegrenzt und die Schwierigkeiten bei der quantitativen Ausweisung von DSM-Potenzialen auf Länder- oder Bundesebene skizziert. Die Analyse branchentypischer DSM-Potenziale ermöglicht Akteuren, eine erste Übersicht über die technischen Potenziale in einem Betrieb zu bekommen. Die DSM- Erschließung wird durch die Nennung von Beispielanlagen und typischen Leistungsgrößen erleichtert. Für eine erste Kostenschätzung der DSM-Implementierung im konkreten Betrieb werden Kostenarten und typische Kostengrößen herausgearbeitet. Die erhobenen Daten wurden in einem Excel-Tool umgesetzt, das die Basis für ein von der dena im Rahmen des Projektes entwickeltes Onlinetool bildet. Hierdurch wird einem Betrieb die Kostenkalkulation erleichtert und somit ein wichtiges Hemmnis hinsichtlich einer ersten Entscheidungsgrundlage im Betrieb abgebaut. Für die potenziellen Erlöse werden die verschiedenen Teilmärkte für DSM beschrieben und auf Basis möglicher Vermarktungsstrategien die Erlöspotenziale herausgearbeitet. Somit wird einem Industriebetrieb auf Basis der technischen Potenziale, der Kosten für die Implementierung und des Einsatzes von DSM sowie der potenziellen Erlöse eine indikative Wirtschaftlichkeitsberechnung für den Eintritt in die DSM-Vermarktung ermöglicht. Da das zukünftige wirtschaftliche Potenzial im Wesentlichen von den Erlösen in den DSM-Teilmärkten abhängt, werden die Einflussfaktoren und deren Wirkung auf die Erlöspotenziale herausgearbeitet. Hierdurch ist eine individuelle Einschätzung über die Entwicklung der Erlöspotenziale möglich. Quantitative Fallbeispiele für das Spannungsfeld von Energieeffizienz und DSM helfen, weitere mögliche Vorbehalte gegen die Einführung von DSM abzubauen. Insbesondere

8 2 Einleitung die möglichen Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz stehen im Fokus der Betrachtung. 1.2 Begriffsdefinitionen Definition der DSM-Potenziale theoretisches Potenzial technisches Potenzial wirtschaftliches Potenzial realisierbares Potenzial akzeptiertes Potenzial Theoretisches DSM-Potenzial Das theoretische DSM-Potenzial ist das maximale langfristige Flexibilisierungspotenzial der Prozesse eines Unternehmens. Die Perspektive des theoretischen Potenzials ist langfristig, d. h. es geht um die maximale Verschiebbarkeit und Flexibilisierung von Prozessen inkl. einer anderen, flexibleren Planung und Neugestaltung von Prozessen. Die einzige fixe Rahmenbedingung ist dabei, dass die originäre Geschäftstätigkeit des Unternehmens unter voller Ausnutzung seiner Flexibilitätspotenziale erhalten bleibt. Durch diese unternehmensunspezifische Definition (Orientierung nur am Endprodukt und dessen Menge, Prozesse langfristig änderbar) sind theoretische DSM-Potenziale damit für einzelne Unternehmen auch von Studien ableitbar, die z. B. typische branchen- und unternehmensgrößenabhängige Potenziale von Unternehmen aufstellen. Technisches DSM-Potenzial Das technische Potenzial ergibt sich aus dem theoretischen Potenzial unter Berücksichtigung technischer, ökologischer, infrastruktureller und anderer Belange. Das technische Potenzial gibt die technische Flexibilisierbarkeit von Prozessen eines Unternehmens unter gegenwärtigen Rahmenbedingungen wieder.

9 Begriffsdefinitionen 3 Wirtschaftliches DSM-Potenzial Das wirtschaftliche DSM-Potenzial entspricht dem Anteil des technischen Potenzials, der wirtschaftlich unter Beachtung der Opportunitätskosten und zu tätigender Investitionen in eine stärkere Flexibilisierung genutzt werden kann. Als Kriterium dafür wird die Amortisation des investierten Kapitals innerhalb der Anlagennutzungsdauer herangezogen. Akzeptiertes DSM-Potenzial Das akzeptierte DSM-Potenzial ist das nach Einschätzung der Unternehmen aktuell vorhandene Flexibilisierungspotenzial von Prozessen im Unternehmen. Im Vergleich zum technischen Potenzial werden hier auch Faktoren wie unternehmensinterne Vorbehalte gegen Flexibilisierungen bestimmter Prozesse (z. B. wegen Befürchtungen von Qualitätseinbußen in der Produktion) mit einbezogen. Realisierbares DSM-Potenzial Das realisierbare DSM-Potenzial ergibt sich als Schnittmenge des wirtschaftlichen und des akzeptierten DSM-Potenzials. Es ist damit das Potenzial, das betriebswirtschaftlich sinnvoll von Unternehmen genutzt und gleichzeitig auch von den Unternehmen selbst für Flexibilisierungen freigegeben werden kann. Prozesstechnologie Umfasst alle branchenspezifischen Anlagen, die einen hohen Stromverbrauch sowie die Möglichkeit der Flexibilisierung aufweisen. Lastflexibilisierung in der Industrie In den Unternehmen steht die Produktion im Mittelpunkt. Mit einem zunehmenden Anteil volatiler Stromerzeugung steigt der Bedarf der Lastflexibilisierung, um das Stromsystem stabil zu halten. Durch Anreize können industrielle Anlagen flexibel betrieben und an die Anforderungen des Systems angepasst werden. Positives Leistungspotenzial Positives Leistungspotenzial bedeutet zum einen das Herunterfahren oder das Reduzieren von Stromverbrauchern, zum anderen das Hochfahren oder die Leistungserhöhung von Stromerzeugungsanlagen. Beide haben aus Sicht des Stromnetzes den gleichen Effekt, dass sich die bezogene Strommenge aus dem Netz reduziert bzw. die Einspeisung in das Stromnetz erhöht. Negatives Leistungspotenzial Negatives Leistungspotenzial bedeutet zum einen das Hochfahren oder das Erhöhen von Stromverbrauchern, zum anderen das Herunterfahren oder die Leistungsminderung von Stromerzeugungsanlagen. Aus Sicht des Stromnetzes bewirken beide eine Erhöhung der bezogenen Strommenge aus dem Stromnetz bzw. eine verminderte Einspeisung in das Stromnetz. Querschnittstechnologien Als Querschnittstechnologien bezeichnet man jene Technologien, deren Anwendung sich nicht auf einen bestimmten Wirtschaftszweig beschränkt, sondern die über alle

10 4 Einleitung Branchen hinweg zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Pumpen, Kompressoren, Verdichter und Ventilatoren. Abrufdauer Hierunter wird die mögliche Dauer des DSM-Abrufes verstanden. Diese kann insbesondere von Folgeprozessen, möglichen Einschränkungen von Produktqualität oder einzuhaltenden Mindestanforderungen, der Medienversorgung sowie der Größe möglicher Stoff- oder Materialspeicher, die während der Zu- bzw. Abschaltung gefüllt oder geleert werden können, beeinflusst werden. Abrufhäufigkeit Die Häufigkeit beschreibt die mögliche Wiederholung eines DSM-Abrufes. Diese kann sehr unterschiedlich sein und wird limitiert durch Sperrzeiten, welche einen sofortigen Wiederabruf nach einem erfolgten DSM-Abruf verhindern. Diese Sperrzeiten ergeben sich aus der benötigten Zeit für das Hoch- bzw. Herunterfahren und der Mindestlaufzeit oder abschaltzeit, welche die Anlage benötigt.

11 Wesentliche Kriterien bei der Ausweisung von DSM-Potenzialen 5 2 Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen 2.1 Wesentliche Kriterien bei der Ausweisung von DSM-Potenzialen In vereinfachenden Zusammenfassungen von Energiesystemanalysen oder in der politischen Diskussion werden häufig die industriellen DSM-Potenziale in einem einzigen Leistungswert, z. B. in Gigawatt, zusammengefasst. Hierdurch soll in Relation zur Verbraucherlast oder zur installierten Kraftwerksleistung der mögliche Beitrag von DSM plakativ zum Ausdruck gebracht werden. Allein die Abgrenzung der Potenzialbegriffe von theoretischem bis realisierbarem Potenzial (vgl. Kapitel 1.2) zeigt jedoch die mögliche Spannweite einer quantitativen Ausweisung eines DSM-Potenzials. Des Weiteren kann industrielles DSM sowohl positives als auch negatives Leistungspotenzial aufweisen, das sich in der Höhe typischerweise deutlich unterscheidet. Ein weiterer wesentlicher Aspekt beim Vergleich der Potenziale in Form einer reinen Leistungsangabe ist die mögliche Abrufdauer der ausgewiesenen Leistung. Dies soll an folgendem Beispiel von industriellen Querschnittstechnologien aus /DIW-02 13/ verdeutlicht werden. Abbildung 2-1: Abschaltbare Leistung durch Flexibilisierung von Querschnittstechnologien in Süddeutschland in Abhängigkeit der Abrufdauer /DIW-02 13/ Das in Abbildung 2-1 ausgewiesene positive Leistungspotenzial beträgt für eine Abrufdauer von einer Stunde weniger als die Hälfte des Potenzials für eine Abrufdauer von 5 Minuten. Daher ist bei einer Angabe eines DSM-Potenzials immer auch die dazugehörige Abrufdauer zu benennen.

12 6 Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen In der zeitlichen Betrachtung der Potenziale müssen insbesondere in der Industrie auch immer die Tageszeit und der Wochentag berücksichtigt werden, da die Potenziale im Wesentlichen vom Produktionsbetrieb abhängen. Dies zeigt beispielhaft die Auswertung unterschiedlicher Betriebszustände aus /FfE-16 15/. Abbildung 2-2: Mittlere Last in Abhängigkeit vom Betriebszustand /FfE-16 15/ Ein weiterer Aspekt der Potenzialausweisung ist die zulässige Abrufhäufigkeit. Das technische Potenzial von zwei Anlagen kann zwar sowohl in Leistung und Abrufdauer identisch sein, die mögliche Häufigkeit des DSM-Abrufs über das Jahr kann sich jedoch deutlich unterscheiden. Der Beitrag z. B. für die Integration der erneuerbaren Energien kann somit bei gleich ausgewiesenem technischem DSM-Potenzial erheblich variieren. In einer Befragung im Rahmen eines FfE-Projektes gaben 66 % der Unternehmen an, dass bis zu 50 Schaltungen pro Jahr ohne Einschränkung der Wertschöpfung möglich seien /FFE-09 13/. Die betrachteten Teilmärkte für DSM (vgl. Kapitel 5), wie z. B. Sekundärregelleistung oder Day-Ahead Spotmarkt, und die gewählte Vermarktungsstrategie haben ebenfalls erheblichen Einfluss auf das auszuweisende DSM-Potenzial. Zunächst einmal erfordert der Zugang zu den einzelnen Teilmärkten unterschiedliche technische Voraussetzungen. Das zunächst erhobene technische Potenzial kann somit je nach Teilmarkt nochmals deutlich reduziert werden, weil beispielsweise notwendige Leistungsänderungsgradienten bei der Leistungsänderung von den Anlagen nicht erbracht werden können. Die Auswahl der Teilmärkte haben einen signifikanten Einfluss auf die potenziellen Erlöse und somit auf das wirtschaftliche Potenzial, da in einigen Teilmärkten die Erlöse nicht ausreichen, um die Kosten für die Implementierung und den Betrieb von DSM zu decken. Für die Ausweisung des wirtschaftlichen Potenzials kommt erschwerend hinzu, dass die potenziellen Erlöse im zeitlichen Verlauf (vgl. z. B. die Entwicklung der Leistungspreise für Sekundärregelleistung von 2008 bis 2015 auf S. 41) erheblich variieren. Somit ändert sich das wirtschaftliche Potenzial aus identischen technischen Anlagen von Jahr zu Jahr allein durch schwankende Preise in den DSM-Teilmärkten. Der regulatorische Rahmen kann ebenfalls unmittelbaren Einfluss auf das DSM- Potenzial haben. Dies soll durch zwei Beispiele verdeutlicht werden. Die

13 Hochrechnung von DSM-Potenzialen aus stichprobenartigen Erhebungen 7 Kostenminderung durch die atypische Netznutzung definiert letztlich bei einigen Vermarktungsstrategien die Opportunitätskosten. Eine Änderung des regulatorischen Rahmens dahingehend, dass der Abruf der DSM-Leistung keine Wirkung auf die Bewertung zur Einhaltung der Kriterien der atypischen Netznutzung entfaltet, kann somit das wirtschaftliche Potenzial erhöhen. Als weiteres Beispiel kann die Heruntersetzung der Mindestleistung für die Vermarktung nach der Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren Lasten (AbLaV) genannt werden. Diese Maßnahme kann das Potenzial ebenfalls erhöhen, da nun weitere Anlagen vermarktet werden können. Abschließend kann festgehalten werden, dass die quantitative Ausweisung kommend vom theoretischen und hingehend zum realisierbaren Potenzial deutlich aufwändiger wird und vor allem vielen sich ändernden Einflussgrößen unterliegt. Daher kann das Potenzial nicht als statische Größe verstanden werden und muss kontinuierlich aktualisiert werden. 2.2 Hochrechnung von DSM-Potenzialen aus stichprobenartigen Erhebungen Bei der DSM-Potenzialbestimmung wird neben der Verwendung von statistischen Daten häufig auf Befragungen und Erhebungen einer ausgewählten Stichprobe zurückgegriffen. Auf dieser Basis wird eine Hochrechnung durchgeführt. Da auch im Rahmen des DSM-Bayern Projektes eine umfangreiche Fragebogenaktion mit standortspezifischer Potenzialerhebung durch die dena durchgeführt wurde, wird im Folgenden auf die Schwierigkeiten einer Hochrechnung der Erhebungsdaten im Falle von DSM eingegangen. Hierbei soll vor allem verdeutlicht werden, welche Faktoren zu einer tendenziellen Über- oder Unterschätzung im Falle einer Hochrechnung führen können. In /TNS-01 14/ wurden durch die FfE ausschließlich Unternehmen zu DSM befragt, die sich bereits in der Vermarktung befanden. Wird anhand von berechneten Kennzahlen dieser Stichprobe (z. B. vermarktete DSM-Leistung im Verhältnis zum Jahresstromverbrauch) eine Hochrechnung vorgenommen, besteht eindeutig die Gefahr einer Überschätzung der DSM-Potenziale. Da sich der DSM-Markt noch im Aufbau befindet, kann davon ausgegangen werden, dass zunächst Unternehmen mit besonders niedrigen spezifischen Implementierungs- und Betriebskosten für DSM und/oder hohen Erlösen in der DSM-Vermarktung sind. Diese Betriebe sind voraussichtlich nicht repräsentativ für die Industrie als Ganzes. Wird hingegen die Stichprobe von Unternehmen dominiert, die noch nicht in der DSM- Vermarktung sind, besteht die Gefahr einer Unterschätzung. Die Gespräche mit den DSM-Vermarktern im Rahmen des DSM-Bayern Projektes und die Interviews mit DSM- Vermarktern im IHK-Projekt /FFE-29 12/ haben ergeben, dass im Laufe der Implementierung von DSM weitere Potenziale identifiziert werden, die über die erste Einschätzung der DSM-Potenziale durch die Unternehmen hinausgehen. Dies liegt einerseits an der mangelnden Kenntnis der Unternehmen über die DSM-Märkte und andererseits an einem generell vorsichtigen Vorgehen aufgrund von Befürchtungen, DSM könnte die Produktion negativ beeinflussen. Die Unternehmen ohne eigene Vermarktungserfahrung haben generell Probleme, wichtige Parameter wie

14 8 Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen Vorankündigungsdauern, Abrufdauern, Häufigkeit der Abrufe und Opportunitätskosten abzuschätzen. Es herrschen z. B. völlig falsche Vorstellungen über die Häufigkeit und die Dauer von Regelleistungsabrufen, da in der Präqualifikation zu diesen Märkten jeweils Extremdauern angeboten werden müssen, z. B. 12 Stunden und länger im Falle der Sekundärregelleistung, auch wenn in der Praxis meist Abrufdauern von wenigen Minuten real sind (vgl. hierzu Kapitel 5.1.1). Die Potenziale hängen im Wesentlichen von der Vermarktungsstrategie ab. Es ist also entscheidend, ob diese bereits Teil der Erhebung ist (beispielsweise Vorgaben bzgl. Mindestverfügbarkeiten, Abrufdauern, Aktivierungszeiten). Dieser Umstand führt tendenziell auch zu einer Unterschätzung der Potenziale, da eventuell bei einer alternativen Vermarktung wie im Spotmarkt mit geringeren Anforderungen höhere Potenziale ausgewiesen werden könnten. Die Auswertung der Fragebögen im Rahmen von DSM-Bayern zeigt, dass die technischen Gegebenheiten sehr individuell sind, sowohl was die Anlagen und deren Betriebsweisen angeht, als auch die unterstützende Infrastruktur (Energiemanagementsystem). Große Unterschiede bestehen zudem beim Kenntnisstand der technischen Verantwortlichen. Eine Hochrechnung auf Basis einer kleinen Stichprobe kann somit zu einem verfälschten Ergebnis führen. Die Auswertungen haben zwar gezeigt, dass tendenziell ein Zusammenhang zwischen Jahresstromverbrauch oder Bezugsspitze und der Eignung zur DSM-Vermarktung besteht, dennoch konnte kein eindeutiger funktionaler Zusammenhang herausgearbeitet werden, der jedoch Voraussetzung für eine solide Hochrechnung ist. Es sind daher weitere wissenschaftliche Untersuchungen und Erhebungen notwendig, um belastbare funktionale Zusammenhänge zu identifizieren, um mit Kennzahlen eine Hochrechnung durchführen zu können. 2.3 Merit-Order der DSM-Potenziale Begriffsbestimmung Merit-Order Merit-Order kommt aus dem Englischen und bedeutet im wörtlichen Sinn so viel wie Sortierung (Order) nach Wert (Merit). In der Energiewirtschaft ist der Begriff Merit- Order eindeutig besetzt und beschreibt die Sortierung der Kraftwerksleistung nach Grenzkosten. Folgendes Diagramm einer Merit-Order des konventionellen Kraftwerksparks in Deutschland für das Jahr 2020 verdeutlicht dies.

15 Grenzkosten in /MWh Merit-Order der DSM-Potenziale 9 KKW Braunkohle Steinkohle Gas Öl Kraftwerkspark 2020 CO2-Preis 5 /tco2 0 FfE MOS_00251 Leistung in GW Abbildung 2-3 Merit-Order des konventionellen Kraftwerkbaus für das Jahr 2020 unter Annahmen der Brennstoffpreise und des Zu- und Rückbaus /FfE-16 15/ Auf der x-achse werden die einzelnen Kraftwerke mit einer Breite aufgetragen, die ihrer Erzeugungsleistung entspricht. Die Reihenfolge wird dabei aufsteigend nach Grenzkosten bestimmt, die auf der y-achse abgetragen werden. Die Grenzkosten hängen wiederum im Wesentlichen von den Brennstoffkosten (inkl. CO2-Zertifikate) und dem Kraftwerkswirkungsgrad ab. Die Merit-Order eines bestehenden Kraftwerksparks ist somit nicht statisch, sondern variiert bei einer Änderung der Brennstoffpreise. Mit Hilfe der Merit-Order kann nun zu einer beliebigen Lastsituation bestimmt werden, welche Kraftwerke unter Kostengesichtspunkten optimal eingesetzt werden sollten und was dieser Kraftwerkseinsatz in Summe kostet. Die einzusetzenden Kraftwerke sind alle Kraftwerke, die sich links vom Schnittpunkt der Last mit der Merit-Order Kurve befinden. Die Kosten entsprechen der Fläche unter der Merit-Order Kurve bis zum Schnittpunkt. Die Merit-Order kann somit genutzt werden, um den Kraftwerkseinsatz vereinfachend zu planen (Dispatch). Die Merit-Order liefert allerdings keine Informationen über die Höhe der Investitionen für die einzelnen Kraftwerke und darüber, welche Kraftwerke zugebaut werden sollten. In direkter Analogie müsste somit bei DSM eine Merit-Order ebenfalls die bereits erschlossenen DSM-Potenziale (entspricht den bereits gebauten Kraftwerken) als Leistungswert und die zugehörigen Grenzkosten im Falle eines Abrufs darstellen. Da hierbei Unterschiede je nach DSM-Teilmarkt bestehen, müsste für jeden Teilmarkt eine eigene Merit-Order bestimmt werden. Merit-Order zur Erschließung der DSM-Potenziale In dem Pilotprojekt DSM-Bayern stellte sich die Frage, welche DSM-Potenziale zunächst gehoben werden sollten, da deren Erschließung den geringsten Aufwand bzw. die niedrigsten Kosten verursacht. Diese Erschließungsreihenfolge könnte ebenfalls als Merit-Order der DSM-Potenziale bezeichnet werden.

16 spez. Gesamtkosten* in /MWh 10 Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen Da diese Potenziale noch nicht erschlossen sind, fallen neben den variablen Kosten noch die Implementierungskosten an. Eine Merit-Order für die Erschließung der DSM- Potenziale muss nun beide Kostenarten kombiniert abbilden. Dies kann lediglich dadurch erreicht werden, dass eine mittlere Abrufhäufigkeit und -dauer unterstellt werden. In diesem Fall können die Kosten für die Investitionen als Annuität auf die Volllaststunden bezogen werden. Beide Kostenarten, Investitionen und variable Kosten, lassen sich somit auf die umgesetzte DSM-Energie beziehen (in /MWh). In dem Projekt /FfE-16 15/ ergab sich nach dieser Methode und einem Einsatz der DSM-Potenziale mit 10 Volllaststunden im Jahr die in der folgenden Abbildung 2-4 gezeigte Merit-Order für Deutschland Prozesse Verschiebung Chlor QST Alu Zement Stahl Papier 10 h Abruf pro Jahr (kumuliert) flexibilisierbare Leistung in MW FfE BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_00171 Abbildung 2-4: Merit-Order der DSM-Potenziale für 10 Volllaststunden nach /FfE-16 15/ Im Gegensatz zur klassischen Merit-Order des Kraftwerksparks kann in dieser Merit- Order nicht mehr abgelesen werden, welche DSM-Potenziale im Falle eines Abrufs eingesetzt werden sollten, da die Darstellung mehr als nur die Grenzkosten beinhaltet. Des Weiteren reagiert diese Erschließungs-Merit-Order sehr sensitiv in Bezug auf die unterstellten Vollaststunden. Dies wird deutlich, wenn im Vergleich zur Merit-Order mit 10 Volllaststunden eine Merit-Order für Volllaststunden berechnet wird, wie Abbildung 2-5 zeigt.

17 spez. Gesamtkosten* in /MWh Merit-Order der DSM-Potenziale Prozesse Verschiebung QST Chlor Alu Zement Stahl Papier h Abruf pro Jahr (kumuliert) flexibilisierbare Leistung in MW FfE BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_00173 Abbildung 2-5: Merit-Order der DSM-Potenziale für Stunden Einsatzzeiten im Jahr nach /FfE-16 15/ Im Falle von hohen Einsatzzeiten sind die Investitionen für die Erschließung der Potenziale zweitrangig und die Reihenfolge wird vorrangig durch die variablen Kosten im Falle eines Abrufs bestimmt. Der aktuell prioritäre Einsatz von DSM in den Regelleistungsmärkten kann die Frage aufwerfen, ob die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Berechnung der Merit-Order zielführend ist. Bei den Anlagen, die für Regelleistung eingesetzt werden, fallen zwar üblicherweise in Zeiten der reinen Leistungsvorhaltung keine variablen Kosten an, dennoch kann der Ansatz der Merit-Order-Berechnung unter Berücksichtigung der Investitionen und Einsatzzeiten zu Fehlinterpretationen führen. Dies soll an einem Extrembeispiel verdeutlicht werden. Wird ein DSM-Potenzial bei der Regelleistungsbereitstellung gar nicht abgerufen, steigen die ausgewiesenen spezifischen Kosten selbst bei geringen Investitionen gegen unendlich, da im Nenner eine Null steht. Daraus könnte rückgeschlossen werden, dass dieses Potenzial nicht erschlossen werden sollte. Dennoch könnte dieses Potenzial einen Mehrwert liefern, da es über viele Stunden im Jahr für eine potenzielle Regelleistungserbringung zur Verfügung stehen könnte. Wenn die Merit-Order für einen Vergleich der verschiedenen DSM-Potenziale untereinander verwendet wird, erfüllt sie jedoch weiterhin ihren Zweck. Ein alternativer Ansatz könnte sein, die Gesamtkosten nicht auf die umgesetzte DSM- Energie sondern auf die Stunden, in denen das DSM-Potenzial dem Markt insgesamt zur Verfügung gestellt wird, zu beziehen. Für die Darstellung einer Erschließungs-Merit-Order nach der vorgestellten Methodik sind die potenziellen Erlöse auf den DSM-Teilmärkten nicht von Bedeutung. Ebenso wenig ändert sich die klassische Merit-Order des Kraftwerksparks bei hohen oder niedrigen Strompreisen. Allerdings bestimmen die Vermarktungsstrategien und Preise

18 12 Bestimmung und Abgrenzung von DSM-Potenzialen in den DSM-Teilmärkten ganz wesentlich die Abrufzeiten und -dauern, die wiederum bei der Umrechnung der Annuität in eine spezifische Größe bezogen auf die mit DSM umgesetzte Energie einfließt. Für die Erstellung einer Merit-Order der DSM-Potenziale müssen die folgenden Daten vorliegen: Leistungen der DSM-Potenziale Implementierungskosten der jeweiligen Leistungen Variable Kosten im Falle eines Abrufs Zu erwartende Volllaststunden Es empfiehlt sich, die Potenziale nach ähnlichem Kostenniveau zu clustern, um nicht eine zu hohe Granularität in der Darstellung zu bekommen. Eine vollständige Erhebung dieser Daten in allen Unternehmen ist nicht realistisch, so dass die DSM-Potenziale anhand einer Stichprobe hochgerechnet werden müssen. Wie bereits in Kapitel 2.2 ausgeführt, ist hierfür eine möglichst große Datenbasis notwendig. Eine belastbare Aussage ist zudem nur auf Basis von Daten von Unternehmen möglich, die bereits in der Vermarktung sind. Das Pilotprojekt DSM-Bayern hat gezeigt, dass bislang nur sehr wenige Unternehmen ihre DSM-Potenziale vermarkten. Es bleibt jedoch zu hoffen, dass aufgrund der entwickelten Standards im Rahmen des Projektes diese Anzahl zukünftig steigt. Es bleibt zu klären, wie die notwendigen Daten verfügbar gemacht werden, da eine gute Datenbasis auf Vermarkterseite ein Wettbewerbsvorteil ist, der ungern preisgegeben wird.

19 Methodische Vorgehensweise und Datenbasis 13 3 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Im ersten Schritt werden branchentypische DSM-Potenziale zur Lastverschiebung identifiziert. In Steckbriefen wird anschließend dargestellt, welche Anlagen sich für eine flexiblere Betriebsweise eignen und wie hoch deren Potenzial ist. Die Ergebnisse werden in Form von Branchensteckbriefen dargestellt, welche unter anderem für die Unternehmensansprache im Projekt genutzt werden können. 3.1 Methodische Vorgehensweise und Datenbasis Zunächst erfolgt die Identifikation und Quantifizierung branchentypischer DSM- Potenziale zur Lastverschiebung. Dazu wird eine Analyse der Branchen im verarbeitenden Gewerbe durchgeführt. Basis für die Unterteilung der Branchen ist die Klassifikation der Wirtschaftszweige (Ausgabe 2008) nach der Untergliederung des Statistischen Bundesamts (Destatis). Einzelne Branchen werden in der folgenden Untersuchung aufgrund ähnlicher Strukturen zusammengefasst betrachtet. Beispielsweise können Branchen mit gleichen Schichtmodellen oder entsprechenden Anforderungen an Prozess- oder Querschnittstechnologien teilweise gemeinsam betrachtet werden, da sie sich hinsichtlich des DSM-Potenzials der einzelnen Technologie ähnlich verhalten. Die Zusammenfassung der Branchen ist in Tabelle 3-1 dargestellt.

20 14 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Tabelle 3-1: Zuordnung von Wirtschaftszweigen zu übergeordneten Branchen Ernährung und Tabak Papier Chemie 10 Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln 11 Getränkeherstellung 12 Tabakverarbeitung 17 Herstellung von Papier, Pappe und Waren daraus 20 Herstellung von chemischen Erzeugnissen 21 Herstellung von pharmazeutischen Erzeugnissen Glas, Keramik, Steine, Erden 5 Kohlenbergbau 6 Gewinnung von Erdöl und Erdgas 7 Erzbergbau 8 Gewinnung von Steinen und Erden, sonstiger Bergbau 23 Herstellung von Glas & Glaswaren, Keramik, Verarbeitung von Steinen & Erden (NE-) Metallerzeugung und -bearbeitung 24 Metallerzeugung und bearbeitung 25 Herstellung von Metallerzeugnissen Maschinenbau, Fahrzeugbau 27 Herstellung von elektrischen Ausrüstungen 28 Maschinenbau 29 Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen 30 Sonstiger Fahrzeugbau Gummi- & Kunststoffwaren 22 Herstellung von Gummi- und Kunststoffwaren Kokerei und Mineralölverarbeitung 19 Kokerei und Mineralölverarbeitung Sonstige Wirtschaftszweige 9 Erbringung von Dienstleistungen für Bergbau und Gewinnung von Steinen und Erden 13 Herstellung von Textilien 14 Herstellung von Bekleidung 15 Herstellung von Leder, Lederwaren und Schuhen 16 Herstellung von Holz-, Flecht-, Korb- und Korkwaren (ohne Möbel) 18 Herstellung von Druckerzeugnissen; Vervielfältigung von bespielten Ton-, Bild- und Datenträgern 26 Herstellung von Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen 31 Herstellung von Möbeln 32 Herstellung von sonstigen Waren 33 Reparatur und Installation von Maschinen und Ausrüstungen

21 Methodische Vorgehensweise und Datenbasis 15 Folgende, aus DSM-Perspektive ähnliche Branchen werden zusammengefasst und in Steckbriefen beschrieben: Lebensmittelindustrie Papierindustrie Chemieindustrie Glas und Keramik sowie Steine und Erden Metall-, NE-Metallerzeugung und bearbeitung Fahrzeug- und Maschinenbau Wasserversorgung und entsorgung Für die beiden übergeordneten Branchen Gummi- und Kunststoffwaren sowie Kokerei und Mineralölverarbeitung wurden keine separaten Steckbriefe erstellt, da hier eine zu geringe Datenbasis vorhanden war, was die Prozesstechnologien anbelangt. Der Aufbau des Steckbriefs gestaltet sich für alle Branchen gleich: Neben Prozesstechnologien beinhaltet der Steckbrief Querschnittstechnologien, welche branchenübergreifend eingesetzt werden. Es werden die einzelnen flexibilisierbaren Anlagen, deren typische Größenordnung 1 sowie das technische Potenzial (positiv und negativ) inklusive des flexibilisierbaren Anteils 2 genannt. Weitere relevante Größen sind die mögliche Abrufdauer sowie die Abrufhäufigkeit. Nachfolgende Tabelle beinhaltet die üblicherweise flexibilisierbaren Anlagen je Technologie / Branche. 1 Die Leistungsangabe bezieht sich auf eine einzelne Anlage. Unternehmen verfügen oft über mehrere gleichartige Anlagen. 2 Gibt den flexiblen Anteil einer Anlage, bezogen auf die mittlere Leistung, als Richtwert an. Dieser variiert von Unternehmen zu Unternehmen und ist zudem abhängig von der Art der Anlage (z. B. Prozess- oder Querschnittstechnologie) sowie der zugehörigen Infrastruktur (z. B. Speicher).

22 16 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Tabelle 3-2: Für DSM geeignete Anlagen und Prozesse nach Branche und Technologie Für DSM geeignete/r Anlage / Prozess Prozesstechnologie Aluminiumelektrolyse Elektrolichtbogenofen Induktionsofen Holzschleifer Refiner Pulper Kühlhaus Chlorelektrolyse Luftzerlegung Acetylenlichtbogenverfahren Rohmühle Zementmühle elektrisch betriebene Härteöfen Querschnittstechnologie Pumpe Lüftungsanlage Kältemaschine Beleuchtung Druckluftkompressor Branche Metall-, NE-Metallerzeugung und -verarbeitung Metall-, NE-Metallerzeugung und -verarbeitung Metall-, NE-Metallerzeugung und -verarbeitung Papierindustrie Papierindustrie Papierindustrie Lebensmittelindustrie Chemieindustrie Chemieindustrie Chemieindustrie Glas, Keramik, Steine, Erden Glas, Keramik, Steine, Erden Fahrzeug- und Maschinenbau branchenübergreifend branchenübergreifend branchenübergreifend branchenübergreifend branchenübergreifend Die Grundlage für die Potenzialermittlung bei Prozesstechnologien bilden eine Literaturrecherche, verschiedene FfE-Studien sowie eigene Berechnungen im Rahmen des FfE-Projektes Merit-Order der Energiespeicherung Die Methodik (vgl. Abbildung 3-1) ist im Detail in letztgenannter Studie beschrieben. Basis sind zum einen eine Datenauswertung von über 50 Betrieben (erhoben bei Betriebsbegehungen der FfE), zum anderen detaillierte Befragungen von Unternehmen im Rahmen diverser FfE-Projekte zum Thema DSM. Durch Kenntnis der installierten Leistungen der vorhandenen Anlagen, der Stromverbräuche und Betriebszeiten wird die mittlere Last je Anlage berechnet.

23 Methodische Vorgehensweise und Datenbasis 17 Lastflexibilisierungspotenzial industrieller Querschnittstechnologien Dateninput Querschnittstechnologien Dateninput Lastflexibilisierung Umfangreiche Daten von ca. 50 Unternehmen aus der Industrie Gesamtstromverbrauch Stromverbrauch nach QST Druckluft Lüftung Beleuchtung Kälte Pumpen Stromlastgänge installierte Leistung je QST Anzahl geregelter und ungeregelter Anlagen im Bereich QST Initialberatungen LEEN, Fragebögen, Interviews, Berechnungen Abschätzung von Ab- und Zuschaltdauer maximal abrufbare Leistung Maximal abschaltbare Leistung Abbildung 3-1: Methodik zur Potenzialermittlung von für Lastflexibilisierung geeigneten Anlagen Die mittlere Last wird getrennt für drei verschiedene Betriebsarten berechnet: für den Normalbetrieb (alle Abteilungen produzieren), den reduzierten Betrieb (nur ein Teilbereich ist in Betrieb) und den Grundlastfall (alle Anlagen sind im Standby oder außer Betrieb). Diese Aufteilung ist in Abbildung 3-2 veranschaulicht. Abbildung 3-2: Beispielhafte mittlere Last in Abhängigkeit von der Tageszeit Im nächsten Schritt wird je nach mittlerer Last ein Flexibilisierungspotenzial ausgewiesen. Grundlage hierfür bilden Befragungen verschiedener Industrieunternehmen und Vermarkter im Rahmen diverser Projekte der FfE sowie Analyseergebnisse aus Betriebsbegehungen. Neben Unternehmen, welche bereits in der

24 18 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Vermarktung aktiv sind, wurden auch Firmen interviewt, welche noch keine schaltbaren Lasten anbieten. Zusätzlich zur flexibilisierbaren Leistung werden auch die Dauer einer Ab- oder Zuschaltung bzw. Reduzierung oder Erhöhung der Last sowie die Häufigkeit eines Abrufs erhoben. Generell kann die Last von Verbrauchern entweder erhöht, verschoben (mit Nachholbedarf) oder reduziert (ohne Nachholbedarf) werden. Letzteres ist beispielsweise bei Lüftungsanlagen der Fall: Im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben kann der Volumenstrom einzelner Anlagen für eine definierte Zeit etwas reduziert werden. Neben der Flexibilisierung von Verbrauchern können auch Eigenerzeugungsanlagen vermarktet werden. Bei Eigenerzeugungsanlagen besteht prinzipiell auch die Möglichkeit, positives und negatives Leistungspotenzial als Flexibilität anzubieten. Viele dieser Eigenerzeugungsanlagen sind industrielle KWK-Anlagen in Form von BHKWs, die zumeist wärmegesteuert gefahren und oft unter Volllast betrieben werden. Für diese Anlagen bietet sich i. d. R. nur eine Vermarktung negativen Leistungspotenzials an. Während bei Prozesstechnologien im Steckbrief das technische Potenzial ausgewiesen wird, wird für Querschnittstechnologien das aus Unternehmenssicht akzeptierte Potenzial angegeben. Dieses basiert überwiegend auf den Ergebnissen von Befragungen und beinhaltet noch nicht die Wirtschaftlichkeit, die im Wesentlichen von den stark schwankenden Erlöspotenzialen der einzelnen Vermarktungswege abhängt. Dass einerseits technische und andererseits akzeptierte Potenziale erhoben werden, ist auf die unterschiedliche Datenbasis zurückzuführen. Die Potenzialermittlung für Querschnittstechnologien beruht zum einen auf einer umfangreichen Datenauswertung, zum anderen auf diversen Befragungen von Energieverantwortlichen. Diese Angaben beinhalten einerseits bereits die technische Machbarkeit, andererseits werden beispielsweise einzelne Anlagen ausgeschlossen, welche aus anderen Gründen, wie z. B. der Produktionssicherheit, nicht für eine Vermarktung geeignet sind. Die Methodik bezüglich der Prozesstechnologien basiert, was den flexibilisierbaren Anteil der Anlagen betrifft, auf Literaturangaben, welche das technische Potenzial ausweisen. Zusätzlich erfolgt eine zeitliche Differenzierung des Potenzials. Neben tageszeitlichen Unterschieden werden auch saisonale Einflüsse sowie unterschiedliche Typtage für die einzelnen Branchen berücksichtigt (siehe hierzu auch Abschnitt Zeitliche Abhängigkeit bei Querschnittstechnologien, Seite 28). Saisonale Einflüsse treten bei Prozessen nur vereinzelt auf, die Potenziale einzelner Querschnittstechnologien (z. B. Lüftung oder Kälte) können jedoch stärkeren Schwankungen unterliegen (siehe hierzu ebenfalls Abschnitt Zeitliche Abhängigkeit bei Querschnittstechnologien ). Vor allem in den Sommer- und Wintermonaten kann daher eine Abschaltung oder Absenkung bei besonders hohen oder geringen Temperaturen nicht möglich sein. Zudem erfolgt ein Abgleich der Daten aus den Steckbriefen mit den Ergebnissen der Begehungen der dena. Da die Stichprobengröße der Begehungen je Branche nicht repräsentativ ist, wird lediglich überprüft, ob sich die Ergebnisse der Begehungen stark von den ausgewiesenen Potenzialen in den Steckbriefen unterscheiden.

25 Ergebnisse Ergebnisse Die Ergebnisse in Form von Steckbriefen sind für alle Branchen gleich aufgebaut: Der erste Teil des Steckbriefs beinhaltet branchenspezifische, flexibilisierbare Anlagen, während im zweiten Teil schaltbare Querschnittstechnologien abgebildet sind (branchenübergreifend). Ein Informationsblock in der Mitte des Steckbriefs fasst relevante Daten der jeweiligen Branche zusammen. Alle erstellten Steckbriefe sind im Anhang ausführlich dargestellt. Folgende Daten werden in den Steckbriefen ausgewiesen: Tabelle 3-3: Inhalt der Steckbriefe Stromintensive Prozesse Querschnittstechnologien Typische Größenordnung in MW Typische Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* Technisches Potenzial (positiv oder negativ) Akzeptiertes Potenzial (positiv oder negativ) Flexibler Anteil in % Flexibler Anteil in %* Dauer eines Abrufs in min. Dauer eines Abrufs in min. Häufigkeit der Abrufe pro Jahr Häufigkeit der Abrufe pro Jahr * bezogen auf Pinst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, nicht nur einzelne Anlagen eines Produktionsverfahrens flexibel zu betreiben, sondern auch gesamte Produktionsanlagen abzuschalten und somit positives Leistungspotenzial anzubieten. Dies wird jedoch in den meisten Fällen vermieden, da An- und Abfahrverluste oder Qualitätseinbußen die Folge sein können. Der Zeitaufwand für einen zusätzlichen An- oder Abfahrvorgang kann in Einzelfällen bis zu einige Stunden betragen. Wird davon ausgegangen, dass durch Abschaltung der Produktion der tatsächliche Output am Ende eines definierten Zeitraums (z. B. Tag, Woche, Monat oder Jahr) geringer als der geplante Output ausfällt, muss die entgangene Produktion durch höhere Erlöse kompensiert werden. In diesem Fall müssten für eine Vermarktung der Flexibilität die Opportunitätskosten der Nicht-Produktion als Mindesterlös herangezogen werden. Dieser Fall wird in den Steckbriefen farblich gekennzeichnet. Es ist zu beachten, dass hier nur die DSMbezogenen Unwägbarkeiten bei der Produktionsplanung betrachtet werden. Weitere Einflüsse, wie z. B. konjunkturelle Schwankungen in der Abnahme oder technische Faktoren können auch zu einer Beeinträchtigung des Produktionsoutputs führen. Im Rahmen der Studie werden diese jedoch vernachlässigt. Die Häufigkeit der Abrufe wird für alle Prozesstechnologien mit einer relativ geringen Anzahl an Abrufen pro Jahr angegeben. Durch diese geringe Anzahl an Abrufen wird sichergestellt, dass die Vermarktung der Flexibilität keinen Einfluss auf die über einen gewissen Zeitraum zu erzeugende Produktionsmenge hat. Im Vergleich dazu stehen Querschnittstechnologien zwar deutlich häufiger für einen Abruf zur Verfügung (je nach Technologie kann die Last einzelner Anlagen ein- bis mehrmals pro Tag erhöht oder reduziert werden), allerdings liegt deren mögliche Abrufdauer in den meisten Fällen deutlich unter einer Stunde.

26 20 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Die wichtigsten Inhalte der einzelnen Steckbriefe werden nachfolgend zusammengefasst. Da die Angaben zu den Querschnittstechnologien branchenunabhängig sind, unterscheidet sich dieser zweite Teil in den Steckbriefen nicht. Papierindustrie Die Papierindustrie weist einen Anteil von etwa 9 % am Gesamtstromverbrauch der Industrie in Deutschland auf. Insgesamt werden dieser Branche in Deutschland 130 Werke zugeordnet. Grundsätzlich ist die Holzschliffproduktion in der Papierindustrie für DSM geeignet, allerdings gibt es in Deutschland nur zehn Werke (vier davon in Bayern), die eine Holzschliffproduktion aufweisen. Konkret eignen sich Holzschleifer, Refiner und Pulper in der Papierindustrie für die Bereitstellung von positivem Leistungspotenzial (vgl. nachfolgende Tabelle). Diese Anlagen dienen der Herstellung von Holz- bzw. Zellstoff, einem Produkt, welches zur Papierherstellung benötigt wird. In Holzschleifern wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Diese wiederum wird genutzt, indem Baumstämme o. ä. an rotierende Schleifscheiben gepresst werden, wodurch Holzschliff generiert wird. Auch in Refinern wird Holzstoff erzeugt, allerdings wird hier neben mechanischer auch thermische Energie eingesetzt. Das Ausgangsprodukt Hackschnitzel wird zunächst auf etwa 140 C erwärmt, anschließend werden sie in Mahlwerken zu Fasern gemahlen. In Pulpern bzw. Rührbottichen wird mithilfe von Rührwerken Zellstoff oder Altpapier aufgelöst. Holzschleifer und Pulper weisen eine Größenordnung von einigen MW Anschlussleistung auf, bei Refinern kann diese bis zu 20 MW betragen (in Einzelfällen auch höher). Alle genannten Anlagen können zu- bzw. abgeschaltet werden und sind somit zu 100 % flexibilisierbar, da diese Anlagen im Vergleich zur Papiermaschine nicht kontinuierlich in Betrieb sind. Daher ist hier eine Verschiebung der Produktion möglich. Während die Abrufdauer (hier: zeitliche Verschiebung) bei Holzschleifern bis zu fünf Stunden betragen kann, ist diese bei Pulpern und Refinern mit bis zu zwei Stunden deutlich geringer. Tabelle 3-4: DSM-fähige Anlagen in der Papierindustrie & deren technische Daten Typische Anlagen Holzschleifer (Holzschliff) Refiner (Holzstoff) Pulper (Altpapierstoff) Papiermaschine Typische Größenordnung in MW ,4-2 Bis 10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 100 % % % Dauer in min < Häufigkeit 20 50/a /a /a Lebensmittelindustrie Der Stromverbrauch der Lebensmittelindustrie macht in Deutschland einen Anteil von etwa 8 % am Gesamtstromverbrauch der Industrie aus. Aus Prozesssicht ist vor allem die Versorgung von Kühlhäusern mit Kälte flexibilisierbar. In diesen Kühlhäusern ist es erforderlich, eine konstante Raumtemperatur zu halten. Diese liegt je nach gelagertem Produkt zwischen +8 C und etwa -20 C. Zur Temperaturhaltung werden oft Umluftkühlgeräte eingesetzt, welche über ein Kühlregister verfügen. Dieses Kühlregister wird mit Kälte aus einer Kältemaschine (oft mit nachgeschaltetem Speicher) versorgt. Hier bietet sich folgende Möglichkeit der Flexibilisierung: Sofern ein

27 Ergebnisse 21 Speicher vorhanden ist, kann der Betrieb der Kältemaschine zeitlich etwas verschoben werden. Dabei muss gewährleistet werden, dass die Speichertemperatur und somit auch die Vorlauftemperatur zum Kühlregister einen definierten Grenzwert nicht überschreitet, um die Temperaturanforderungen an die Lagerung der Produkte weiterhin einzuhalten. Kältemaschinen bestehen in den meisten Fällen aus einem oder mehreren ungeregelten Verdichtern, welche je nach Bedarf zugeschaltet werden. In selteneren Fällen sind auch drehzahlgeregelte Anlagen vorhanden. Bei der Flexibilisierung wird in den meisten Fällen die gesamte Anlage zu- oder abgeschaltet, eine Ansteuerung einzelner Verdichter der Kältemaschine erfolgt nicht. Dafür wäre ein Eingriff in die interne Anlagensteuerung erforderlich, was aus Betreibersicht meist nicht gewünscht ist. Somit ergibt sich bezogen auf die einzelne Anlage ein flexibilisierbarer Anteil von bis zu 100 %. Je nach Speichergröße und einzuhaltendem Temperaturbereich liegt die Abrufdauer bei bis zu zwei Stunden. Anders als bei anderen Prozesstechnologien steht diese Flexibilität potenziell deutlich häufiger zur Verfügung. Je nach Kühlhaus ist ein Abruf bis zu einmal täglich möglich, jedoch muss die Abrufhäufigkeit immer einzelfallabhängig betrachtet werden. Je nach gelagertem Gut kann diese auch deutlich geringer sein, wenn beispielsweise nur geringe Temperaturschwankungen zulässig sind. Tabelle 3-5: DSM-fähige Anlagen in der Lebensmittelindustrie & deren technische Daten Typische Anlagen Typische Größenordnung in MW Kühlhäuser 0,25-1 Technisches Potenzial + - Flexibler Anteil % % Dauer in min Häufigkeit bis zu täglich bis zu täglich Chemieindustrie In der Chemieindustrie wird das ganze Jahr über annähernd kontinuierlich produziert, was zu einer sehr guten Auslastung der Produktionsanlagen führt. Knapp über 20 % des Industriestromverbrauchs in Deutschland werden den Unternehmen der Chemiebranche zugeschrieben. Das bedeutendste Verfahren im Chemiebereich, welches für DSM genutzt werden kann, ist die Chlorelektrolyse zur Chlorherstellung. Dabei wird durch das Anlegen einer Gleichspannung an den Elektroden eine Reaktion gestartet: Natriumchlorid und Wasser werden zu Chlor, Wasserstoff und abgereichertem Natriumchlorid sowie Natriumhydroxid. Der Jahresstromverbrauch für die Chlorherstellung belief sich in 2012 auf etwa 10,7 TWh (davon 7,7 TWh für das Amalgam- und das Membranverfahren, /FfE-16 15/). Produziert wird dieses Produkt an 19 Standorten in Deutschland (davon drei in Bayern). Im Vergleich dazu betrug der Stromverbrauch der gesamten Chemieindustrie in 2012 etwa 51 TWh /ISI-03 13/. Mit einem Anteil von ca. 21 % am Stromverbrauch der Chemiebranche nimmt die Chlorelektrolyse somit einen bedeutenden Anteil ein.

28 22 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Während das Amalgam- und das am weitesten verbreitete Membranverfahren, welches an 14 der 19 Standorte angewendet wird, für DSM geeignet sind, kann das Diaphragma- Verfahren nicht flexibel betrieben werden. Die Elektrolysezellen (Größe je Zelle bis zu 5 MW) werden überwiegend in Teillast betrieben, da bei Volllastbetrieb höhere Stromverluste entstehen. Da für die Elektrolyse Gleichstrom (über Gleichrichter bereitgestellt) benötigt wird, kann eine stufenlose Regelung des Leistungsbezugs erfolgen. Dieser Aspekt wird auch bei der Vermarktung von DSM genutzt. Daher ist es möglich, den Leistungsbezug der Anlagen sowohl zu erhöhen als auch zu reduzieren. Bei zu geringem Teillastbetrieb kann es Einflüsse auf die Produktqualität geben, die aus Betreibersicht vermieden werden sollen. Der optimale Teillastbereich liegt daher bei etwa 60 %. Die Dauer eines Abrufs kann bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials bis zu zwei Stunden betragen. Wird negatives Leistungspotenzial angeboten, könnte dies prinzipiell nahezu kontinuierlich abgerufen werden. Allerdings erhöht sich damit auch die Stromintensität des Prozesses, wodurch dieser ineffizienter wird. Dies ist nur in Ausnahmefällen gewünscht. Die Abrufhäufigkeit kann je nach Betrieb variieren, ist jedoch stark abhängig von der Menge des zu produzierenden Chlors. Üblicherweise liegt diese bei etwa 20 bis 50 pro Jahr. In Luftzerlegungsanlagen wird Luft angesaugt, verdichtet und abgekühlt. Durch die anschließende Abkühlung und teilweise Verflüssigung wird die Luft in einer Trennsäule in ihre Bestandteile zerlegt. Diese Anlagen weisen deutlich höhere Leistungen von bis zu 60 MW auf. Die Abrufhäufigkeit liegt im gleichen Bereich wie bei der Chlorelektrolyse, allerdings kann die Anlage bis zu vier Stunden mit reduzierter Leistung betrieben werden. Neben diesen Prozessen gibt es weitere, z. B. elektrothermische Prozesse, welche prinzipiell flexibel betrieben werden könnten. Beispielsweise kann hier das Acetylen- Lichtbogenverfahren genannt werden, welches zur Gewinnung von Acetylen und Ethin angewandt wird. Mittels eines Lichtbogenplasmas wird bei hohen Temperaturen eine chemische Reaktion hervorgerufen. Anschließend entsteht durch Quenchen mit Wasser Ethin. Das Verfahren ist in Deutschland momentan nicht mehr verbreitet, lediglich an einem Standort wird das Verfahren noch angewandt. Dort wird derzeit geprüft, ob die Lichtbogenöfen durch Einsatz eines Rohproduktspeichers für eine Bereitstellung von Flexibilität geeignet sind (bekannt unter Power-to-Chemistry /EVONIK-01 14/). Angaben des Unternehmens zufolge kann dieser Prozess täglich um bis zu acht Stunden verschoben werden, da hier kein kontinuierlicher Betrieb erfolgt. Dementsprechend könnte das Acetylen-Lichtbogenverfahren zukünftig im Rahmen der Power2X Diskussion an Bedeutung gewinnen und wird folglich auch hier erwähnt.

29 Ergebnisse 23 Tabelle 3-6: Ausgewählte DSM-fähige Anlagen in der Chemieindustrie & deren technische Daten Typische Anlagen Chlorelektrolyse Luftzerlegung Acetylen- Lichtbogenverfahren Typische Größenordnung in MW Bis Bis 10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 0 60 % 0 23 % 0 30 % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a 20 50/a - bis zu täglich - Glas, Keramik, Steine & Erden Der Stromverbrauch der Branche Steine & Erden lag für 2011 bei etwa 9,6 TWh /ISI-03 13/. Auf die Zementindustrie entfallen davon ca. 3,7 TWh bzw. knapp 39 % /VDZ-02 13/. In Deutschland betreibt die Zementindustrie insgesamt 54 Werke und verbraucht etwa drei bis vier Prozent des gesamten Industriestroms. Insgesamt werden jährlich etwa 25 Mio. t Klinker und 32 Mio. t Zement hergestellt (Stand 2012). Für DSM geeignet sind Roh- und Zementmühlen, welche bei der Klinker- und Zementproduktion für Mahlvorgänge eingesetzt werden. Da Zementmühlen in der Vergangenheit oft auch nachts und am Wochenende in Betrieb waren, um bei günstigeren Strompreisen zu produzieren, ist eine zeitlich flexible Fahrweise bekannt und erprobt. Bei Rohmühlen kann diese zeitliche Flexibilität ebenfalls genutzt werden, hier ist der nachgeschaltete Drehrohrofen der begrenzende Faktor hinsichtlich Abschaltdauer. Eine Verschiebung um bis zu vier Stunden ist nach Aussage von befragten Unternehmen möglich /DIW-02 13/. Auch hier ist die Produktionsmenge der begrenzende Faktor was die Abrufhäufigkeit betrifft. Auf die Glasindustrie entfallen mit 4,4 TWh/a gut 85 % des Stromverbrauchs der Branche Glas und Keramik (insgesamt 5,1 TWh im Jahr 2012 /ISI-03 13, ISI-05 13/). Für DSM kommen in dieser Branche lediglich elektrisch betriebene Glasschmelzöfen in Betracht. Dieser flexibilisierbare Prozess ist bisher jedoch aufgrund der hohen Energiepreise für Strom weniger etabliert und wird deshalb hier nur qualitativ betrachtet. Tabelle 3-7: DSM-fähige Anlagen in der Branche Steine & Erden & deren technische Daten Typische Anlagen Typische Größenordnung in MW Rohmühle (Klinkerproduktion) Zementmühle (Zementproduktion) Technisches Potenzial Flexibler Anteil 100 % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a -

30 24 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale (NE-)Metallerzeugung und bearbeitung Die Metallerzeugung und -bearbeitung, zu welcher die Aluminium- und Stahlherstellung zählen, hat einen Anteil von etwa 20 % am industriellen Stromverbrauch /ISI-03 13/. In Deutschland existieren vier Werke, welche Primäraluminium erzeugen, zudem gibt es 19 Elektrostahlwerke. Dort wird überwiegend Strom zur Produktion von Aluminium und Stahl eingesetzt. Da diese Anlagen bis zu einem gewissen Grad flexibel einsetzbar sind, eignen sie sich grundlegend für DSM. Für die Aluminiumelektrolyse ist je Standort eine Vielzahl an Elektrolysezellen (Größe je Zelle unter 1 MW) vorhanden. Dort wird eine Gleichspannung an Elektroden angelegt, um in einer chemischen Reaktion flüssiges Aluminium zu erzeugen. Da dieser Prozess im Batchverfahren abläuft, kann die Entleerung und Wiederbefüllung je Zelle zeitlich etwas verschoben werden. Begrenzender Faktor ist jedoch die Produktionsmenge, da diese Anlagen eine sehr hohe Anzahl an jährlichen Produktionsstunden aufweisen, um die erforderlichen Mengen zu produzieren. Der flexibilisierbare Anteil der Gesamtleistungsaufnahme der Elektrolysezellen liegt daher nach Angaben von Unternehmen bei bis zu 25 %. Dabei wird das erneute Befüllen einzelner Zellen zeitlich etwas verschoben. In der Elektrostahlindustrie können Elektrolichtbögenöfen (Anlagengröße zwischen 100 und 240 MW) flexibel eingesetzt werden. Auch hier wird im Batchverfahren produziert. Es besteht die Möglichkeit, den 30- bis 40-minütigen Aufschmelzprozess kurzzeitig (bis zu maximal zwei Stunden, damit keine zu starke Abkühlung und somit Aushärtung im Ofen entsteht) zu unterbrechen. Weitere flexibilisierbare Verbraucher sind Induktionsöfen. Auch hier kann eine kurzzeitige Unterbrechung (max. zwei Stunden) des Aufheizprozesses erfolgen. Theoretisch wäre dies täglich möglich, allerdings stehen dem geplante Produktionsmengen entgegen, so dass die Abrufhäufigkeit nur max. 50 pro Jahr betragen sollte. Tabelle 3-8: DSM-fähige Anlagen in der (NE-) Metallerzeugung und bearbeitung & deren technische Daten Typische Anlagen Typische Größenordnung in MW Aluminiumelektrolyse (Standort) Lichtbogenofen (Stahl) Induktionsöfen (Gießereien) Bis ,1-10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 0 25 % % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a /a - Fahrzeug- und Maschinenbau Fahrzeug- und Maschinenbau machen etwa 13 % des Gesamtstromverbrauchs der Industrie in Deutschland aus /ISI-03 13/. In dieser Branche lassen sich nur wenige flexibilisierbare Prozesse identifizieren, die für DSM genutzt werden können. Nichtsdestotrotz sind auch an den Standorten des Fahrzeug- und Maschinenbaus Querschnittstechnologien vorhanden, die flexibel betrieben werden können (und im Anschluss ausführlich erläutert werden). Für DSM geeignete Anlagen sind in dieser Branche die elektrisch betriebenen Härteöfen. Dort werden über einen festgelegten

31 Ergebnisse 25 Zeitraum Temperaturprofile abgefahren. Eine kurzzeitige Reduzierung der Stromzufuhr ist möglich, sofern die Grenzen des Sollwerts eingehalten werden. Je nach Prozess kann prinzipiell täglich bis zu ein Abruf erfolgen. Berücksichtigt werden müssen jedoch immer technische Restriktionen und nachgelagerte Produktionsschritte. Tabelle 3-9: DSM-fähige Anlagen im Fahrzeug- und Maschinenbau & deren technische Daten Elektrisch betriebene Typische Anlagen Typische Größenordnung in MW Härteöfen 1,5 2,5 Technisches Potenzial + - Flexibler Anteil 0 33 % - Dauer in min Häufigkeit bis zu täglich - Wasserversorgung und entsorgung In der Wasserversorgung eignen sich sowohl Pumpen in Kläranlagen wie auch Brunnenwasserpumpen für eine flexible Betriebsweise. Allerdings ist das Potenzial von Brunnenwasserpumpen stark abhängig vom jeweiligen Füllstand des Reservoirs. Eine zeitliche Verlagerung des Pumpenbetriebs ist hier sogar täglich möglich. Bei den Kläranlagen sind die größten Stromverbraucher die Abwasserhebewerke (Pumpen) und die Gebläse in der biologischen Stufe /BFE-02 13/. Diese können für DSM genutzt werden, jedoch lediglich für das Anbieten von positivem Leistungspotenzial (Abschaltung der Verbraucher). Da sich durch eine erhöhte Belüftung in den Biologiebecken kein Zusatznutzen ergibt, wird die Vermarktung von negativem Leistungspotenzial nicht betrachtet. Tabelle 3-10: DSM-fähige Anlagen in der Wasserversorgung und -entsorgung & deren technische Daten Typische Anlagen Typische Größenordnung Brunnenwasserpumpen (Wasserversorgung) Abwasserhebewerke (Kläranlagen) Gebläse (Kläranlagen) kw kw 1-50 kw Technisches Potenzial Flexibler Anteil* % 0 60 % % % - Dauer in min ** Häufigkeit bis zu täglich bis zu täglich ein bis mehrmals pro Tag möglich Querschnittstechnologien Querschnittstechnologien sind Technologien, deren Anwendung sich nicht auf einen bestimmten Wirtschaftszweig beschränkt, sondern die über alle Branchen hinweg zum Einsatz kommen. Beispielsweise sind dies Pumpen, Kompressoren, Verdichter oder Ventilatoren. Sie werden in den Unternehmen überwiegend dazu eingesetzt, die Prozesse mit sämtlichen für den Produktionsprozess benötigten Medien wie Luft, Flüssigkeiten, Wärme oder Kälte zu versorgen.

32 26 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Als flexibilisierbar und somit für DSM geeignet sind folgende Querschnittstechnologien: Pumpen, Lüftungsanlagen, Kältemaschinen, Beleuchtung, Druckluft. Tabelle 3-11 beinhaltet die relevanten technischen Daten dieser Technologien: Tabelle 3-11: DSM-fähige Querschnittstechnologien & deren technische Daten Typische Anlagen im Normalbetrieb Typ. Größenordnung in kw Pumpen Lüftung Kältemaschine Mittlere Leistung in %* % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** %** 5 35 % Dauer in min ** ** Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich Typische Anlagen im Normalbetrieb Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* Beleuchtung (pro Halle) % Druckluft % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 15 % % % Dauer in min < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf Pinst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Während Pumpen und Ventilatoren von Lüftungsanlagen meist installierte Leistungen von unter 100 kw aufweisen, können zentrale Kältemaschinen deutlich höhere Anschlussleistungen von bis zu 1 MW haben. Die Größenordnung von Beleuchtungssystemen liegt meist zwischen wenigen Kilowatt und maximal 200 kw je Halle, je nachdem wie groß die Halle ist und welche Leuchtmittel eingesetzt werden. Druckluftkompressoren weisen typischerweise Anschlussleistungen von 15 bis 350 kw auf. Vergleicht man jedoch die mittleren Leistungen der Querschnittstechnologien miteinander, ist ersichtlich, dass die mittlere Auslastung je Technologie sehr unterschiedlich ist: Während Pumpen eine eher geringe Auslastung von 20 bis 30 % aufweisen, was oft auf eine Überdimensionierung der Anlagen zurückzuführen ist, werden z. B. Lüftungsanlagen im Mittel bei 60 bis 70 % Auslastung betrieben. Teilweise ist dieser Umstand auch darauf zurückzuführen, dass redundante Anlagen vorhanden sind, wie es oft bei der Drucklufterzeugung der Fall ist. Die unterschiedlich hohe Überdimensionierung ist außerdem darauf zurückzuführen, dass Pumpen oft mehrere Verbraucher versorgen. Je nach Betriebszeiten der einzelnen Anlagen werden unterschiedlich hohe Gleichzeitigkeitsfaktoren angesetzt. Unabhängig davon, ob nur wenige oder alle Verbraucher gleichzeitig in Betrieb sind, muss zu jedem Zeitpunkt sichergestellt werden, dass die Versorgung mit Kühlwasser gewährleistet ist. Bei Lüftungsanlagen fällt die Überdimensionierung häufig geringer aus, da diese für einzelne Hallen konzipiert werden. Ein Teil der Zu- und Abluftmenge ist in den meisten Fällen produktionsunabhängig (gewisse Luftwechselraten sind nach Arbeitsstättenrichtlinie vorgeschrieben), der flexible Teil des Volumenstroms wird produktionsabhängig erhöht oder reduziert.

33 Ergebnisse 27 In der folgenden Betrachtung wird davon ausgegangen, dass Lüftungsanlagen üblicherweise positives Leistungspotenzial vermarkten können, da sie häufig in erster Linie zur Aufrechterhaltung der Luftqualität eingesetzt werden. Hier kann nur von einer begrenzten Speicherwirkung ausgegangen werden. Werden sie vorrangig zur Temperierung eingesetzt, ist eine Vermarktung negativen Leistungspotenzials ebenfalls denkbar. Bei Beleuchtungssystemen kann jedoch davon ausgegangen werden, dass nur positives Leistungspotenzial vermarktbar ist, da weder eine Speicherwirkung noch ein wesentlicher Mehrwert durch Erhöhung der Beleuchtungsstärke geschaffen werden. Alle anderen Technologien sind sowohl für die Bereitstellung positiven als auch negativen Leistungspotenzials geeignet. Lüftungsanlagen und Kältemaschinen weisen einen im Mittel deutlich höheren flexibilisierbaren Anteil auf als beispielsweise Pumpen und Beleuchtungssysteme. Das ist darauf zurückzuführen, dass z. B. nur wenige Pumpen flexibel betrieben werden können. Für einen flexiblen Betrieb geeignet sind bspw. Pumpen, welche für Behälterfüllvorgänge genutzt werden, da der Füllstand meist eine gewisse Schwankung aufweisen darf. Die Volumenströme von Lüftungsanlagen können in einigen Branchen kurzzeitig reduziert werden, bei Kältemaschinen wird der oft vorhandene Speicher genutzt, um die Erzeugung flexibel zu betreiben. Druckluftkompressoren sind zwar prinzipiell als flexibilisierbar einzustufen, allerdings können diese aufgrund der sehr geringen Abrufdauer von unter zehn Sekunden in der Praxis für DSM in den meisten Fällen nicht eingesetzt werden. Ein Vergleich der Abrufdauer zeigt, dass Pumpen und Lüftungsanlagen für kurze Zeit (bis zu 30 bzw. 60 min.) zur Verfügung stehen. Kältemaschinen sind prinzipiell auch für Abrufe von bis zu zwei Stunden geeignet. Bei Beleuchtungssystemen kann eine Reduktion der Last nur erfolgen, wenn die aktuelle Beleuchtungsstärke über den Anforderungen nach Arbeitsstättenrichtlinie liegt. Dies kann beispielsweise aus Gründen verbesserter Produktqualität der Fall sein. Voraussetzung für diese Flexibilität ist das Vorhandensein einer tageslichtabhängigen Steuerung mit Dimmfunktion. Sofern durch die Absenkung der Beleuchtungsstärke noch mindestens die Anforderungen nach Arbeitsstättenrichtlinie erfüllt werden, kann damit ein Beitrag zur Lastflexibilisierung geleistet werden. Vergleich von Prozesstechnologien und Querschnittstechnologien Der Vergleich zwischen Prozess- und Querschnittstechnologien zeigt, dass Prozesstechnologien generell hohe Anschlussleistungen sowie mögliche Abrufdauern von bis zu einigen Stunden aufweisen, was sich prinzipiell positiv auf die Vermarktung auswirkt. Allerdings beträgt die akzeptierbare Abrufhäufigkeit max. bis zu 50 Abrufe pro Jahr (in einigen Fällen werden auch deutlich geringere Abrufhäufigkeiten gewünscht), welche wiederum stark limitierend auf die zu generierenden Erlöse wirkt. Im Gegensatz dazu weisen Querschnittstechnologien typischerweise sehr geringe Anschlussleistungen (10 kw bis 1 MW) auf und sind zudem oft auf Abrufzeiten von bis zu einer Stunde begrenzt. Eine Ausnahme ist beispielsweise die Beleuchtung, welche bis zu 4 Stunden reduziert werden kann. Der verhältnismäßig lange Zeitraum für den Abruf ergibt sich daraus, dass eine häufig wechselnde Beleuchtungsstärke für das Wohlfühlklima des Mitarbeiters nicht geeignet ist. Es empfiehlt sich daher, die

34 28 Analyse branchentypischer DSM-Potenziale Beleuchtungsstärke über einen längeren Zeitraum auf das Niveau der Arbeitsstättenrichtlinie zu reduzieren. Die zeitliche Abhängigkeit des technischen Potenzials für Prozesse und des akzeptierten Potenzials für Querschnittstechnologien wird separat erläutert: Zeitliche Abhängigkeit bei stromintensiven Prozessen In den stromintensiven Branchen ist eine hohe Auslastung das Ziel. Je nach Industrie und Prozess ist ein kontinuierlicher Betrieb oder Chargenbetrieb die Regel: Kontinuierlicher Prozess: Chargenprozess: Chlor, Papier, Zement, Kühlhäuser Elektrostahl, Gießereien, Aluminium Das negative Leistungspotenzial bzw. die Zuschaltbarkeit von Verbrauchern ist vor allem von der Produktionsauslastung und den Speichermöglichkeiten in der Prozesskette abhängig. Tageszeitliche Unterschiede in der Produktion gibt es z. B. bei Zementmühlen. Diese werden bevorzugt nachts und am Wochenende betrieben, da in diesen Zeiten tendenziell die geringsten Strompreise zu bezahlen sind. Die Klinkermühlen sind kontinuierlich in Betrieb, alle anderen betrachteten Anlagen dieser Branche produzieren nahezu rund um die Uhr. Bei Abwasserhebeanlagen wird das positive Leistungspotenzial der Pumpen von der Witterung beeinflusst. Tendenziell kann jedoch nachts eine längere Abschaltung als tagsüber erfolgen. Auch das positive Leistungspotenzial der Gebläse in der biologischen Reinigungsstufe von Abwasserwerken wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. An Werktagen kann tagsüber von einer erhöhten Belastung des Abwassers ausgegangen werden, was zu verringertem positivem Leistungspotenzial führt. Saisonal beeinflusst wird merklich die Zementproduktion. In den Wintermonaten (üblicherweise etwa Dezember bis März) wird die Produktion von Klinker für sechs Wochen komplett eingestellt und Zement wird nur nach Bedarf produziert. Auch die Flexibilität der Gebläse in der biologischen Reinigungsstufe der Abwasserwerke wird saisonal beeinflusst: Im Winter ist die Abbauleistung geringer als im Sommer, daher reduziert sich das positive Leistungspotenzial im Winter im Vergleich zum Sommer etwas. Für Aufheizprozesse, wie z. B. Schmelzvorgänge in der Glasindustrie, reduziert sich die mögliche Dauer der Abschaltung aufgrund der niedrigeren Umgebungstemperatur in den Wintermonaten, da die Produkte dann schneller auskühlen. Zeitliche Abhängigkeit bei Querschnittstechnologien Die Auslastung der Querschnittstechnologien ist abhängig von der Produktion im Unternehmen. Für eine Betrachtung der zeitlichen Abhängigkeit (Tageszeit, Typtag) werden für die Betriebe unterschiedliche Betriebszustände definiert: Normalbetrieb (alle Abteilungen produzieren), Reduzierter Betrieb bzw. Teillast (nur ein Teil der Abteilung produziert, z. B. dritte Schicht), Grundlast (produktionsfreie Zeit).

35 Ergebnisse 29 Die mittlere Last für die weiteren Betriebszustände reduziert sich auf folgende prozentuale Anteile (jeweils bezogen auf die installierte Leistung): Tabelle 3-12: Veränderung der mittleren Last bei reduziertem Betrieb und Grundlast Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung Druckluft P mittel, reduzierter Betrieb % % % % % P mittel, Grundlast 5 10 % 0 25 % 0 30 % 5 20 % 0 15 % Die abschaltbare Leistung bzw. das positive Leistungspotenzial reduziert sich proportional zur mittleren Leistung, da generell weniger Leistung zur Abschaltung zur Verfügung steht. Die zuschaltbare Leistung bzw. das negative Leistungspotenzial erhöht sich umgekehrt proportional zur mittleren Leistung, da mehr Leistung zur Zuschaltung zur Verfügung steht. Kältemaschinen zur Klima- oder Prozesskälteerzeugung können an Tagen mit besonders hohen Außentemperaturen ein reduziertes positives oder negatives Leistungspotenzial aufweisen. Bei Lüftungsanlagen, welche zu Heiz- und Kühlzwecken eingesetzt werden, sind sehr geringe Außentemperaturen im Winter oder hohe Außentemperaturen im Sommer begrenzende Faktoren hinsichtlich des positiven Leistungspotenzials.

36 30 Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM-Produkten 4 Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM- Produkten Aufbauend auf der technischen Potenzialermittlung wird im nächsten Schritt untersucht, welche Kosten für die Implementierung und den Betrieb von DSM auftreten können. 4.1 Methodische Vorgehensweise und Datenbasis Die Kosten für DSM setzen sich aus den anfänglichen Investitionen für die Implementierung sowie den fixen Betriebskosten für die Bereitstellung und den variablen Kosten für die tatsächlichen Abrufe und deren Abwicklung zusammen. Während die Investitionen nur einmal zu Beginn anfallen, sind fixe Betriebskosten und variable Kosten Kostenpositionen, welche kontinuierlich und somit jedes Jahr anfallen. Die Zusammensetzung der Kostenbestandteile ja Kostenart wird in Tabelle 4-1 genauer spezifiziert. Tabelle 4-1: Unterscheidung von Kostenarten Investitionen Fixe Betriebskosten Variable Kosten Mess- und Regelungstechnik Informationskosten Speicherkosten Zentrale Steuerungssoftware Transaktionskosten Personalkosten Kommunikationstechnologie Steuerungskosten Wartungsaufwand Demand Response Strategie Komforteinschränkungen Wirkungsgrad-Verluste Opportunitätskosten Die Investitionen beinhalten beispielsweise die Anschaffung und Installation von Komponenten zur Mess- und Regelungstechnik, sofern diese noch nicht vorhanden sind, und die Anschaffung und Installation einer zentralen Kommunikationsbox zur externen Ansteuerung der einzelnen Anlagen. Neben dem Materialaufwand für die Implementierung fällt auch Personalaufwand für die Entwicklung einer DSM-Strategie sowie für deren Umsetzung an. Die fixen Betriebskosten sind von Abrufhäufigkeit und -dauer unabhängig und beinhalten z. B. Personalaufwand zur regelmäßigen Anpassung der Einsatzstrategie oder zur Kontrolle von Abrechnungen (Betriebe bemerken teilweise nicht, ob ein Abruf stattgefunden hat, Kenntnis davon erlangen sie durch Kontrolle der Abrechnung). Zudem werden dieser Position auch ggf. anfallende Kosten für den zusätzlichen Datenaustausch zugerechnet. Variable Kosten sind je nach DSM-Vermarktung abhängig von Abrufdauer und -häufigkeit. Hierzu zählen folgende Kostenarten: erhöhte Speicherverluste, erhöhter Personalaufwand durch manuelle Wiederinbetriebnahme von Anlagen, erhöhter Wartungsaufwand durch höhere Anzahl an Schaltzyklen oder Wirkungsgradverluste. Nicht monetär bewertbar, aber dennoch wichtig für die Umsetzungsentscheidung sind mögliche Komforteinschränkungen bei den Mitarbeitern.

37 Ergebnisse 31 Im Falle eines Produktionsausfalles 3 bei stromintensiven Prozessen entstehen zudem Opportunitätskosten, die durch die Teilnahme an der DSM-Vermarktung gedeckt werden müssen. Diese setzen sich aus dem Deckungsbeitrag (bestehend aus Gewinnmarge und fixen Kosten) und dem Stromgroßhandelspreis zusammen und hängen von der Kostenstruktur der jeweiligen Industrie ab /FFE-10 14/. Die genannten Kosten sind jedoch abhängig vom technologischen Reifegrad des Unternehmens. Dabei spielt insbesondere der Automatisierungsgrad des Betriebes eine Rolle. Daher wird für jede der Kostenpositionen eine Preisspanne angegeben, um unterschiedliche Ausgangszustände in den Unternehmen berücksichtigen zu können. Folgende drei Referenzbetriebe wurden ursprünglich definiert: Typ 1: Unternehmen ohne jegliche Erfassung von Messdaten oder Signalen der Anlagen Typ 2: Unternehmen mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) für die flexibilisierbaren Anlagen, jedoch mit fehlender Signal-Weiterleitung Typ 3: Vollautomatisierter Betrieb mit übergeordneter SPS Allerdings ist eine Angabe von z. B. Investitionen für einen Referenzbetrieb mit Unsicherheit behaftet, da im Einzelfall deutlich geringere oder höhere Kosten auftreten können. Daher wurde der Kostenkatalog in ein Kalkulationstool überführt, welches für jeden Betrieb eine individuelle Kalkulation der Implementierungs- und Betriebskosten ermöglicht. Die Annahmen und Angaben des Kalkulationstools wurden mit Projektbeiratsmitgliedern, Vermarktern und Herstellern plausibilisiert. Grundlage der Kostenermittlung je Kostenposition bilden zum einen Erfahrungswerte aus den Betriebsbegehungen der FfE, zum anderen Befragungen von Unternehmen, welche in der DSM-Vermarktung aktiv sind oder diese vorbereiten. Darüber hinaus werden Informationen aus weiteren FfE-Projekten sowie aus Interviews mit Vermarktern verwendet. Zudem wurden zusätzliche Internetrecherchen zu Preisen durchgeführt. 4.2 Ergebnisse Der Kostenkatalog beinhaltet zunächst eine Möglichkeit, firmenspezifische Parameter anzugeben. Diese sind: Interner Stundensatz Externer Stundensatz Verkabelungsaufwand (Angabe in m) Anzahl an flexibilisierbaren Anlagen Flexibilisierbare Leistung je Anlage 3 Der hier beschriebene Produktionsausfall führt am Ende des Jahres zu einer geringeren produzierten Menge als geplant.

38 32 Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM-Produkten Mittlere Abrufdauer Maximale Anzahl Abrufe pro Jahr Anschließend werden die einzelnen Kostenpositionen je Kostenart aufgeführt, bei den Investitionen werden die Positionen einer Kategorie zugeordnet (Unterscheidung nach Material bzw. Personalaufwand durch Kategorisierung nach Anschaffung und Einbau). Je Kostenposition ist ein Richtwert bzw. eine Preisspannweite angegeben, welche als Orientierung dient. Auf dieser Basis kann eine firmenspezifische Kalkulation der Kosten durchgeführt werden. Für jede der Kostenpositionen ist zudem eine kurze Erläuterung vorhanden. Tabelle 4-2: Kategorie Einzelne Kostenpositionen (Investitionen) Kostenposition Weiterentwicklung Workshop zur Auswahl von flexibilisierbaren Anlagen und deren Einsatzstrategie (Weiter)-Entwicklung Rechtliche Prüfung von Vertragsinhalten Weiterentwicklung Umprogrammierung bestehender Steuerungstechnik Nachrüstung von Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (z.b. SPS, im einfachsten Fall nur Signalweiterleitung des Zustands der Anlage) Komponenten je Anlage Anschaffung SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) Anschaffung Sensoren Anschaffung Signalerfassung Verkabelung Anschaffung Verkabelung 10 Sensoren zu Profibusleitung Anschaffung Verkabelung Signalweiterleitung Sensoren zu SPS bzw. SPS zu Kopf-SPS Einbau Einbau SPS + 10 Sensoren/ Signale, Aufschaltung von Sensoren/ Signalen, Einbau der Einbau Verkabelung Einbau Programmierung SPS übergeordnete Komponenten Anschaffung Anschaffung Anschaffung Zentrale Steuerungssoftware / Energiemanagementsystem (EMS) Kommunikationsbox Alternative zu Kommunikationsbox: Einrichtung einer webbasierten Datenschnittstelle für Vermarktung am Spotmarkt oder für Bilanzkreismanagement Im Folgenden werden die einzelnen Kostenpositionen beschrieben: Zu Beginn des Prozesses ist beispielsweise ein Workshop erforderlich, in dem flexibilisierbare Anlagen identifiziert und ausgewählt werden, so dass im nächsten Schritt die Planung einer Einsatzstrategie erfolgen kann. Zudem müssen Umprogrammierungen durchgeführt werden, sofern schon Steuerungstechnik vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, müssen ggf. eine speicherprogrammierbare Steuerung, Sensoren und/oder eine Signalerfassung je flexibilisierbarer Anlage nachgerüstet werden. Neben dem Materialaufwand für Steuerungstechnik und Verkabelung fällt auch hier Personalaufwand für Einbau und Programmierung an. An zentraler Stelle ist eine Kommunikationsbox nachzurüsten, welche die

39 Ergebnisse 33 Signalübertragung zwischen Vermarkter und unternehmenseigenen Anlagen übernimmt. Zudem empfiehlt es sich bei mehreren Anlagen, eine zentrale Steuerungssoftware zu installieren. Tabelle 4-3: Kostenpositionen (fixe Betriebskosten, variable Kosten) Fixe Betriebskosten Regelmäßige Anpassung Einsatzstrategie Prüfung Abrechnung Datenaustausch Variable Kosten Komforteinschränkungen Speicherverluste (Wärme-/Kältespeicher) Personalaufwand für manuelles Schalten von Anlagen Zusätzlicher Wartungsaufwand Wirkungsgrad-Verluste Zusätzliche Strombezugskosten (Abruf neg. Leistung) Erhöhter Leistungspreis (Abruf neg. Leistung zu Spitzenlastzeit) Die Erweiterung der Flexibilität im Unternehmen kann beispielsweise durch Nachrüstung folgender Komponenten erfolgen: Power to Heat (P2H), Installation eines Elektrodenkessels / Elektrokessels Erhöhung der Speicherkapazität im Bereich Druckluft, Wärme oder Kälte Erhöhung der Speicherkapazität im Produktionsbereich (Lagerfläche) Eine Literaturrecherche sowie Angebote von Herstellern liefern die Basis für die spezifischen Kosten der genannten Flexibilitätserweiterungen. Nachfolgend sind die Spannweiten für die einzelnen Kostenpositionen aufgelistet. Bei einzelnen Kostenpositionen sind diese relativ hoch. Dies ist dadurch bedingt, dass diese Komponenten im Einzelfall auch deutlich teurer sein können, wenn z. B. für eine Anlage eine höhere Genauigkeit als üblicherweise eingehalten werden muss. Für die Komponenten mit einer hohen Kostenspannweite werden nachfolgend typische Werte angegeben.

40 34 Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM-Produkten Tabelle 4-4: Spannweite Investitionen Kostenposition Richtwert bzw. Spannweite typischer Wert Workshop zur Auswahl von flexibilisierbaren Anlagen und deren Einsatzstrategie 1-5 Personentage/Betrieb Rechtliche Prüfung von Vertragsinhalten 0-2 Personentage/Betrieb Umprogrammierung bestehender Steuerungstechnik 0,5-1 Personentage/Anlage Nachrüstung von Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (z.b. SPS, im einfachsten Fall nur Signalweiterleitung des Zustands der Anlage) Komponenten je Anlage SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) /Stück /Stück Sensoren /Stück 300 /Stück Signalerfassung /Stück Verkabelung Verkabelung 10 Sensoren zu Profibusleitung 1,2 1,6 /m Verkabelung Signalweiterleitung Sensoren zu SPS bzw. SPS zu Kopf-SPS 1,5 2 /m Einbau Einbau SPS + 10 Sensoren/ Signale, Aufschaltung von Sensoren/ Signalen, Einbau der Verkabelung 2 4 Personentage/Anlage Programmierung SPS 0,5-1 Personentage/Anlage übergeordnete Komponenten Zentrale Steuerungssoftware / Energiemanagementsystem (EMS) /Stück Kommunikationsbox /Stück Alternative zu Kommunikationsbox: Einrichtung einer webbasierten Datenschnittstelle für Vermarktung am Spotmarkt oder für Bilanzkreismanagement 1 Personentag/Betrieb Während der Personalaufwand für die Entwicklung einer Einsatzstrategie und die Umprogrammierung vorhandener Steuerungstechnik jeweils wenige Personentage betragen, kann der Umfang der notwendigen Investitionen in zusätzliche Steuerungstechnik für die Wirtschaftlichkeit des Projektes entscheidend sein. Im Normalfall wird je Unternehmen eine Kommunikationsbox benötigt. Es können jedoch gegebenenfalls auch zusätzliche Kommunikationsboxen benötigt werden, wenn Betriebe mehrere, unter Umständen dezentral aufgestellte Anlagen besitzen. Während die Investitionen in Steuerungs- und Kommunikationstechnik erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben können, sind die fixen Betriebskosten sowie die variablen Kosten in den meisten Fällen vernachlässigbar gering. Der Personalaufwand für manuelles Schalten von Anlagen ist beispielsweise nur bei stromintensiven Prozessen und üblicherweise nicht bei Querschnittstechnologien relevant, und selbst dort hält er sich in Grenzen, da Aufsichtspersonal in größeren Betrieben erfahrungsgemäß meist bereitsteht. Zusätzliche Kosten für die Datenübertragung fallen nicht an, da die Unternehmen üblicherweise eine Flatrate haben.

41 Ergebnisse 35 Tabelle 4-5: Spannweite fixe Betriebskosten und variable Kosten Fixe Betriebskosten Regelmäßige Anpassung Einsatzstrategie Prüfung Abrechnung Datenaustausch Variable Kosten Komforteinschränkungen Speicherverluste (Wärme-/Kältespeicher) Personalaufwand für manuelles Schalten von Anlagen Zusätzlicher Wartungsaufwand Wirkungsgrad-Verluste Zusätzliche Strombezugskosten (Abruf neg. Leistung) Erhöhter Leistungspreis (Abruf neg. Leistung zu Spitzenlastzeit) Richtwert bzw. Spannweite 0-2 Personentage/Anlage 0,5 Personentage/Anlage 0 /MB 0 /MWh 0 /MWh 0 /MWh 0 /MWh 0 /MWh Der Personalaufwand für die regelmäßige Anpassung der Einsatzstrategie liegt für die meisten Vermarktungsarten bei wenigen Tagen pro Jahr. Falls eine Vermarktungsstrategie, wie z. B. die Einsatzzeiten den Preisen des Day-Ahead- Spotmarktes anzupassen, tägliche Anlagenplanungen erfordert, kann sich dieser Aufwand jedoch erhöhen. Die variablen Kosten sind vernachlässigbar gering, wenn davon ausgegangen wird, dass nur selten ein Abruf erfolgt. Diese erreichen ggf. ein relevantes Niveau, wenn eine sehr hohe Abrufhäufigkeit zugrunde gelegt wird, wie es beispielsweise bei täglicher Spotvermarktung der Fall ist. Tabelle 4-6: Spannweite für die Erweiterung der Flexibilität Kostenposition Richtwert bzw. Spannweite Elektrodenkessel (P2H) /kwel Druckluftspeicher /m³ für handelsübliche Speicher mit Druckniveau < 16 bar Wärmespeicher /m³ für Speichergrößen zwischen 1 und 10 m³ Kaltwasserspeicher: /m³ für Speichergrößen zwischen 1 und 10 m³ (Kaltwasserspeicher) Kältespeicher Lagerflächenerweiterung Eisspeicher: ca. 30 bis 45 /kwh Energieinhalt zwischen 150 kwh und kwh Befragungen von Unternehmen zur Erweiterung der Flexibilität ergeben, dass derzeit keine Investitionen in zusätzliche Speicherkapazitäten getätigt werden, die allein auf die Erweiterung der Flexibilität zurückzuführen sind. Grund hierfür sind vor allem die zu geringen Erlöse im Vergleich zu den hohen Investitionen für die Erweiterung der Flexibilität.

42 36 Kosten für Implementierung und Betrieb von DSM-Produkten Fallbeispiele Zur besseren Verdeutlichung der anfallenden Kosten wird anhand von drei Beispielbetrieben erläutert, wie hoch die Unterschiede v. a. bei den Investitionen sein können. Die Kostenkalkulation erfolgt für folgende drei Unternehmenstypen: Kleineres Unternehmen ohne jegliche Erfassung von Messdaten oder Signalen der Anlagen, Vermarktung von Querschnittstechnologien Mittelständisches Unternehmen mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) für die flexibilisierbaren Anlagen (Mix aus Prozessen und Querschnittstechnologien), jedoch mit fehlender Signal-Weiterleitung Großunternehmen mit vollautomatisiertem Betrieb mit übergeordneter SPS (eine Prozessanlage in der Vermarktung) Tabelle 4-7 beinhaltet die relevanten Daten für die überschlägige Berechnung der Investitionen für die drei Fallbeispiele: Tabelle 4-7: Relevante Daten für Investitionsabschätzung in den drei Fallbeispielen Kleines Unternehmen Mittelständisches Unternehmen Großunternehmen Mix aus Prozessen und Art der Anlagen Querschnittstechnologien Querschnittstechnologien eine Prozessanlage Stück Anzahl Anlagen Stück Leistung je Anlage kw Investitionen Workshop Einsatzstrategie Prüfung Vertragsinhalte Umprogrammierungen SPS / Steuerungstechnik inkl. Verkabelung und Personalaufwand Zentrale Steuerungssoftware Kommunikationsbox Gesamtinvestitionen Ein Vergleich der für DSM erforderlichen Investitionen zeigt, dass in kleinen Unternehmen öfter erhebliche Investitionen in Steuerungstechnik zu tätigen sind. Neben der in allen Unternehmen nachzurüstenden Kommunikationsbox sind hier zusätzlich eine SPS je Anlage sowie eine zentrale Steuerungssoftware notwendig. Der Workshop zur Einsatzstrategie ist zeitaufwendiger, da hier nur geringes Basiswissen hinsichtlich DSM vorhanden ist. So belaufen sich die Gesamtinvestitionen auf etwa Diese sind bei einer flexibilisierbaren Leistung von insgesamt 600 kw im Vergleich zu den anderen Fallbeispielen sehr hoch. Die Investitionen für ein mittelständisches Unternehmen liegen mit etwa auf einem deutlich geringeren Niveau. Da hier bereits ein Teil der benötigten Steuerungstechnik vorhanden ist, sind geringere Investitionen nötig. Allerdings muss Personalaufwand einkalkuliert werden, da Umprogrammierungen an vorhandenen Steuerungen erforderlich sind. Die geringsten Investitionen fallen üblicherweise bei Großunternehmen an. Dort ist der Personalaufwand für die Festlegung einer Einsatzstrategie am geringsten, da hier

43 Ergebnisse 37 bereits sehr gute Vorkenntnisse bezüglich DSM vorhanden sind. Zudem sind nahezu keine Investitionen mit Ausnahme der Kommunikationsbox und Personalaufwand für Umprogrammierungen nötig.

44 38 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte 5 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Im folgenden Kapitel werden die Erlöspotenziale für DSM-Anwendungen in den zu betrachtenden Teilmärkten beschrieben und analysiert. Die Randbedingungen auf diesen Märkten unterscheiden sich zum Teil beträchtlich, sodass eine direkte Vergleichbarkeit nur bedingt möglich ist und die Ergebnisse als qualitative Aussagen zu betrachten sind. Bei allen Analysen wird von einer technischen Verfügbarkeit der DSM- Anlage von 7000 h pro Jahr ausgegangen. Die individuellen Randbedingungen der betrachteten Vermarktungsmöglichkeiten werden ausführlich in den einzelnen Abschnitten dargestellt. Alle zugrundeliegenden Daten sind Realmarktdaten aus dem Jahr Regelleistungsmarkt Durch fehlerhafte Prognosen erneuerbarer Energien, unvorhersehbare Wetterereignisse oder Kraftwerksausfälle, kann es zu einer Störung des Gleichgewichts von Erzeugung und Verbrauch im Stromsystem kommen und damit zu einer Abweichung der Gleichgewichtsfrequenz von 50 Hz. Kommt es beispielsweise durch den Ausfall eines Kraftwerksblocks zu einer Unterspeisung, sinkt die Netzfrequenz. Kommt es zu einer Überspeisung, steigt diese. Um Schäden an Generatoren und Verbrauchern zu vermeiden und ein stabiles System zu gewährleisten, sind die maximal zulässigen Frequenzabweichungen nach dem ENTSO-E Operation Handbook auf 200 mhz festgelegt. Um die Netzfrequenz in diesem Bereich zu halten und somit einen stabilen Systembetrieb zu garantieren, wird Regelenergie eingesetzt. Schnelle Frequenzänderungen werden zunächst durch die sogenannte Momentanreserve aufgefangen. Sie ist eine wichtige physikalische Eigenschaft jedes Stromsystems und hauptsächlich auf die Trägheit der rotierenden Schwungmassen in den Generatoren fossiler Kraftwerke zurückzuführen. Durch Aufnahme bzw. Abgabe kinetischer Energie kann die Netzfrequenz kurzfristig stabilisiert werden. Hält die Ursache der Frequenzabweichung länger vor, ist es Aufgabe der Übertragungsnetzbetreiber, die Gleichgewichtsfrequenz durch den Einsatz von Regelenergie wiederherzustellen. Wie im Operation Handbook der ENTSO-E definiert, existiert zu diesem Zweck eine Kette von Regelenergieprodukten, die auf der gemeinsamen Plattform der Übertragungsnetzbetreiber regelleistung.net ausgeschrieben, von den Kraftwerksbetreibern vorgehalten und bei Bedarf nacheinander abgerufen wird, um das Systemgleichgewicht wiederherzustellen (siehe Abbildung 5-1).

45 Regelleistungsmarkt 39 Abbildung 5-1: Regelenergiekette nach ENTSO-E /UCTE-02 09/ Als erstes der drei ausgeschriebenen Produkte wird die Primärregelleistung (PRL) abgerufen. Nach /UCTE-01 04/ müssen alle Kraftwerke, die für die Bereitstellung von Primärregelleistung präqualifiziert sind, innerhalb von 15 Sekunden 50 % und innerhalb von 30 Sekunden die gesamte Leistung zur Verfügung stellen können. Aufgrund dieser Anforderung kommen DSM-Anwendungen für die Bereitstellung von PRL weniger in Frage. Vielmehr werden hier thermische Kraftwerke und neuerdings auch Batteriespeicher eingesetzt, die sehr schnelle Laständerungen bedienen können. Verbleibt nach Einsatz der PRL weiterhin ein Ungleichgewicht, wird als nächstes Produkt der Regelenergiekette die Sekundärregelleistung (SRL) aktiviert. Diese muss nach fünf Minuten vollständig zur Verfügung gestellt werden und wird im Gegensatz zur PRL als asymmetrisches Produkt also je nach der Richtung des Stromflusses als positive bzw. negative SRL - einzeln vermarktet und vorgehalten. Als drittes Produkt in der Regelenergiekette steht den ÜNB bei länger anhaltenden Störungen des Energiesystems noch die Minutenreserveleistung (MRL) zur Verfügung. Im Gegensatz zu den vorhergehenden beiden Produkten wird diese als Fahrplanprodukt, also immer in vollen 15-Minutenschritten, abgerufen. Auch der Zeitraum, innerhalb dessen der Anbieter die MRL vollständig aktivieren muss, beträgt hier 15 Minuten. Aufgrund der geringeren Anforderungen bezüglich der Präqualifikation und der längeren Zeiträume bis zur vollständigen Aktivierung kommen für DSM vor allem die Produkte Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) in Frage. Diese sollen in den folgenden beiden Abschnitten vorgestellt werden. Die Ausarbeitungen zu den regulatorischen Rahmenbedingungen und der Entwicklung der Regelleistungsmärkte wurden im Rahmen des Projekts PiVO - Tanken im Smart Grid (Förderkennzeichen: 16SNI005B), erarbeitet. Vorzeichenkonvention Arbeitspreise Da die Vorzeichen der Arbeitspreise bei der Regelenergie verwirren können, wird der Sachverhalt an dieser Stelle definiert. Dabei gilt die Konvention, dass bei einem positiven Arbeitspreis der Geldfluss dem Energiefluss entgegengerichtet ist. Abbildung 5-2 dient der Verdeutlichung dieses Zusammenhangs.

46 40 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Abbildung 5-2: Vorzeichenkonvention Regelenergie Ein negativer Arbeitspreis bei negativer Regelenergie bedeutet entsprechend, dass der Anbieter von Regelenergie Energie aus dem Netz aufnimmt und zusätzlich noch für diese Aufnahme vergütet wird Sekundärregelleistung Die SRL ist das zweite Produkt in der Regelleistungskette nach dem Einsatz von Primärregelleistung (PRL). Im Gegensatz zur dezentralen, solidarischen Aktivierung von PRL, wird SRL von dem verantwortlichen ÜNB nach Feststellung des Bedarfs direkt angefordert und nur in den Anlagen aktiviert, die entsprechende Leistungsscheiben für die Erbringung von SRL vermarktet und vorgehalten haben. Somit kommt die SRL auch für den Einsatz von DSM-Anlagen in Frage. Rechtlicher und regulatorischer Rahmen Die Dimensionierung von SRL obliegt den ÜNB der jeweiligen Regelzone. Das Dimensionierungsverfahren basiert in Deutschland auf dem Ansatz der Faltung von Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen und berücksichtigt auf diese Weise verschiedenste Ursachen für Bilanzungleichgewichte wie Kraftwerksausfälle, Lastprognosefehler und Fahrplansprünge. Die Dimensionierung wird alle drei Monate durchgeführt und führt aktuell zu einer ausgeschriebenen Reserveleistung von 2054 MW bei positiver und 1979 MW bei negativer SRL (Ausschreibungszeitraum , /ÜNB-01 15/). Die vorzuhaltende Leistung wird in Deutschland wöchentlich separat für jede Regelrichtung ausgeschrieben. Außerdem erfolgt eine weitere Differenzierung in Hochtarif (HT, werktags von 08:00 bis 20:00) und Niedertarif (NT, werktags von 20:00 bis 08:00, an Wochenenden sowie gesetzlichen Feiertagen), sodass insgesamt vier verschiedene Produkte existieren. Die separate Vermarktung von positiver und negativer SRL und die Auftrennung in verschiedene Zeiträume erleichtern grundsätzlich den Marktzugang für DSM. Die Mindestangebotsgröße beträgt hierbei 5 MW, wobei ein Pooling durch mehrere Anlagen explizit erlaubt ist. Um am Sekundärregelleistungsmarkt teilnehmen zu können, muss ein Anbieter seine Anlage zunächst bei dem zuständigen ÜNB präqualifizieren lassen. Dabei sind die technischen Anforderungen für die Erbringung von SRL recht hoch, sodass nur eine begrenzte Zahl von Anbietern überhaupt in der Lage ist, diesen gerecht zu werden. Bisher kommen hauptsächlich thermische Kraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke, aber auch zunehmend virtuelle Kraftwerke zum Einsatz. Alle präqualifizierten Anbieter können nun bei den wöchentlich stattfindenden Ausschreibungen Angebote abgeben, die aus der angebotenen Leistungsmenge in

47 Regelleistungsmarkt 41 diskreten 5 MW-Schritten, einem zugehörigen Leistungspreis sowie einem Arbeitspreis bestehen. Der Leistungspreis wird dabei für die reine Vorhaltung der Leistung gezahlt, während über den Arbeitspreis nur im Falle eines Abrufs die tatsächlich abgerufene Energiemenge vergütet wird. Der Zuschlag der Gebote erfolgt nach Merit-Order (MO), basierend rein auf den gebotenen Leistungspreisen. Die gebotenen Arbeitspreise spielen für den Zuschlag zunächst keine Rolle und kommen erst beim eigentlichen Abruf zum Tragen. Dabei werden die Angebote nach der Höhe ihrer Arbeitspreise sortiert, wobei die günstigsten Angebote zuerst, die teuersten Angebote zuletzt abgerufen werden. Diese Aufreihung nach Arbeitspreisen wird auch Merit-Order-Liste (MOL) genannt. Die vorgehaltene Leistung pro vorgehaltene Stunde und die abgerufene Arbeit pro MWh wird nach Pay-as-Bid (PaB) vergütet (es wird also genau der Preis vergütet, welcher im Angebot festgelegt wurde). Der Abruf der SRL erfolgt automatisch durch die Leistungs-Frequenz-Regler der betroffenen ÜNB entsprechend der MOL der angebotenen Arbeitspreise. Das Vorgehen zielt darauf ab, die resultierenden Kosten durch den Abruf zu minimieren. Bei einem Abruf muss die vorgehaltene Leistung nach spätestens fünf Minuten vollständig aktiviert und eine Verfügbarkeit von 100% über den vermarkteten Zeitraum gewährleistet werden. Entwicklungen in den letzten Jahren Aus Sicht der Anbieter von Regelleistung ergeben sich einerseits Erlösmöglichkeiten aus der reinen Leistungsvorhaltung und andererseits aus der Bereitstellung von tatsächlich abgerufener Regelenergie. In Abbildung 5-3 sind die jährlichen produktübergreifenden Mittelwerte der gewichteten Leistungspreise, aufgeteilt nach negativer und positiver SRL, von 2008 bis 2015 dargestellt. Abbildung 5-3: Mittlerer jährlicher Leistungspreis SRL (Eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Nach einem Anstieg der Leistungspreise negativer SRL bis 2010 fallen diese seither kontinuierlich ab. Dieser Trend setzte sich auch in 2015 fort. Auch bei den Leistungspreisen positiver SRL ist ein insgesamt negativer Trend zu erkennen, unterbrochen jedoch von einem sehr starken Einbruch im Jahr 2012, auf den ein erneuter Anstieg auf das Vorjahresniveau im Jahr 2013 folgte. Im Jahr 2015 gingen die Leistungspreise der positiven SRL noch einmal deutlich zurück. Zusätzlich zur Bereitstellung der Leistung wird den Anbietern von SRL bei einem Abruf auch die erbrachte Arbeit über einen Arbeitspreis vergütet. Da der Abruf nach der

48 42 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Merit-Order-Liste erfolgt, gilt hier ein direkter Zusammenhang zwischen dem angebotenen Arbeitspreis und der Wahrscheinlichkeit eines Abrufs. Ein niedriger Arbeitspreis führt zu einer Positionierung am Anfang der Merit-Order und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit eines Abrufs, ein hoher Arbeitspreis hat einen entsprechend gegensätzlichen Effekt. Abbildung 5-4 zeigt links die mittleren jährlichen Arbeitspreise negativer bzw. positiver SRL und rechts den Abrufgrad. Der Abrufgrad ist dabei definiert als der Quotient aus der mittleren abgerufenen Leistung und der mittleren bezuschlagten Leistung, ist also hier unabhängig von den Arbeitspreisen einzelner Angebote. Abbildung 5-4: Mittlerer jährlicher Arbeitspreis (links) bzw. Abrufgrad (rechts) SRL (Eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Die Arbeitspreise negativer SRL bewegten sich bis in das Jahr 2012 im niedrigen positiven Bereich, das heißt die Anbieter erhöhen den Verbrauch ihrer Anlagen (bei Kraftwerken entspricht dies einer Reduktion der Wirkleistungseinspeisung) und mussten die zusätzlich bezogene Energiemenge über den gebotenen Arbeitspreis bezahlen. In den Jahren 2014 und 2015 sind die durchschnittlichen Arbeitspreise erstmals deutlich negativ. Das bedeutet, dass Anbieter, die negative SRL durch die Erhöhung des Verbrauchs ihrer Anlagen zur Verfügung stellen, von den ÜNB für diesen zusätzlichen Strombezug vergütet werden. Für die zugrundeliegende Vorzeichenkonvention in Bezug auf die Arbeitspreise von Regelenergie sei auf Abbildung 5-2 verwiesen. Die jährlichen Mittelwerte der Abrufgrade in Abbildung 5-4 (rechts) verzeichnen insbesondere bei den Werten der negativen SRL seit 2009 einen starken Rückgang von 24,6 % auf 5,9 % in Die Abrufgrade positiver SRL zeigen ebenfalls einen leichten Rückgang, unterbrochen jedoch durch einen sehr hohen Wert von 20,8 % im Jahr erreichen diese mit 6,4 % ihr absolutes Minimum, gefolgt von einer leichten Erhöhung auf 7,4 % im Jahr Gebotsstrategien und Abschätzung der spezifischen Erlöspotenziale Wie bereits zu Beginn des Kapitels erwähnt, setzen sich die Erlösmöglichkeiten am Regelleistungsmarkt aus der Vergütung der vorgehaltenen Leistung und der Vergütung der tatsächlich erbrachten Arbeit zusammen. Da für die Bezuschlagung des Angebots nach aktueller Rechtslage ausschließlich der gebotene Leistungspreis entscheidend ist, ist dessen Wahl im Rahmen einer Gebotsstrategie von hoher Bedeutung. Davon ausgehend, dass eine Bezuschlagung grundsätzlich erwünscht ist, wird für eine

49 Regelleistungsmarkt 43 Abschätzung der möglichen Erlöse der Jahresmittelwert der Leistungspreise aus 2015 angesetzt. Durch die Wahl dieses mittleren Leistungspreises ist ein Zuschlag des Angebots sehr wahrscheinlich, sodass die Dauer, in der die Anlage für SRL zur Verfügung steht, nur durch die technische Verfügbarkeit der Anlage selbst begrenzt wird. Die in diesem Kapitel vorgestellten Auswertungen beziehen sich auf einen Referenzbetrieb, der eine hohe technische Verfügbarkeit von 7000 h/a besitzt. Es wird davon ausgegangen, dass SRL sowohl in der HT-Zeit als auch in der NT-Zeit angeboten wird. Um diese Strategie im aktiven Betrieb anzuwenden, würde ein Anbieter für den folgenden Ausschreibungszeitraum immer den mittleren Leistungspreis des vorausgehenden Ausschreibungszeitraums bieten. Nach Abbildung 5-3 beträgt demnach der mittlere Leistungspreis bei negativer SRL im Jahr ,47 /MW*h, bei positiver SRL 5,38 /MW*h. Die jährlichen Erlöse aus der Leistungsvorhaltung berechnen sich nach Formel (1). Erlöse SRL,LP = P verm. t verm. LP mittel (1) Erlöse SRL,LP [ /Jahr]: P verm. [MW]: t verm. [h]: LP mittel [ /(MW*h)]: Erlöse aus Leistungsvorhaltung pro Jahr vermarktete und vorgehaltene Leistung Zeitraum, in dem Leistung vermarktet wird mittlerer Leistungspreis Demnach ergeben sich aus der Leistungsvorhaltung unter den marktwirtschaftlichen Randbedingungen des Jahres 2015 die folgenden spezifischen Erlöspotenziale: Erlöse LP,nSRL = P verm. t verm. LP mittel = 1 MW 7000 h a 2, MW h MW a Erlöse LP,pSRL = P verm. t verm. LP mittel = 1 MW 7000 h 5, a MW h MW a Hinsichtlich der Gebotsstrategie im Bereich der Arbeitspreise kommen verschiedene Strategien in Frage, die im folgenden Teil des Berichts ausführlich erläutert werden. Grundsätzlich kann bei der Wahl der Arbeitspreise zwischen drei Strategien unterschieden werden. Da sowohl technisch als auch in Bezug auf die Erlöspotenziale große Unterschiede zwischen den Regelleistungsprodukten bestehen, werden die Strategien für positive und negative Regelleistung jeweils in einem Unterabschnitt getrennt behandelt. Derzeit verfolgen die meisten Anbieter von DSM das Ziel, zwar möglichst oft für die Leistungsvorhaltung bezuschlagt und damit vergütet zu werden, aber möglichst selten tatsächlich abgerufen zu werden, um Eingriffe in ihre Prozesse zu vermeiden. Die Erlöspotenziale dieser Strategie werden im ersten Abschnitt behandelt. Als zweite Möglichkeit soll eine Bietstrategie untersucht werden, die die Maximierung der Erlöse aus dem Abruf von Regelleistung zum Ziel hat. Da die Höhe des gebotenen Arbeitspreises im direkten Zusammenhang mit der Abrufwahrscheinlichkeit (und damit den tatsächlichen Einnahmen) steht, kann hier ein Optimum zwischen beiden Größen gefunden werden. Eine weitere Strategie besteht darin, durch einen niedrigen Arbeitspreis einen besonders häufigen Abruf zu erzielen. Die Strategie bietet sich für die negative Regelleistung an, falls dadurch möglichst günstig Strom bezogen werden soll. Für die positive Regelleistung entfällt diese Strategie, weil ihr Strategie 2: Erlösmaximierung überlegen wäre. Diese Strategie wird im letzten Teil dieses Abschnitts behandelt.

50 44 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Anmerkung zur Datengrundlage Auf der Onlineplattform der vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber regelleistung.net /ÜNB-01 15/ werden in regelmäßigen Abständen die Daten zum Einsatz sowie zu den Ausschreibungen von Regelenergie veröffentlicht. Aus den Ausschreibungsdaten lassen sich für jeden Ausschreibungszeitraum die entsprechenden Merit-Order-Listen berechnen, nach denen die vorgehaltene Leistung abgerufen wird. Außerdem werden die viertelstündlichen Mittelwerte der tatsächlichen Abrufe und der entsprechenden, mengengewichteten mittleren Arbeitspreise veröffentlicht. Aus diesen Daten lassen sich zwar die entstehenden Kosten für das Gesamtsystem berechnen, eine darauf basierende Abschätzung der Erlöspotenziale einzelner Anbieter führt aufgrund der Mittelung zu Viertelstundenwerten jedoch zu signifikanten Fehlern. Deswegen werden für diese Abschätzung die viersekündlich berechneten Bedarfswerte von SRL verwendet, welche auf der Website des Übertragungsnetzbetreibers 50Hertz veröffentlich werden /HERTZ-01 14/. Bei den Auswertungen zur MRL ist die Verwendung der viertelstündlichen Werte hingegen zulässig, da auch der Abruf fahrplandiskret und damit auf Viertelstundenbasis erfolgt. Folglich entsprechen die veröffentlichen Werte auch genau den abgerufenen Werten. Grundsätzlich ist anzumerken, dass die Auswertungen solcher Strategien zwar auf Basis der historischen Daten möglich, im aktiven Betrieb aber mit Unsicherheiten behaftet sind, da weder der tatsächliche Bedarf an Regelenergie noch das Bietverhalten anderer Anbieter zuverlässig prognostizierbar ist. Ähnlich wie bei der Bietstrategie bezüglich der Leistungspreise könnte eine Bietstrategie in Hinblick auf Arbeitspreise in der Praxis auf den Ergebnissen des jeweils vorausgehenden Ausschreibungszeitraums basieren. Durch die Unvorhersehbarkeit des Marktes kann es aber durchaus zu Abweichungen der Ergebnisse von den nachfolgend berechneten Abschätzungen kommen. psrl - Strategie 1: Häufige Leistungsbezuschlagung, seltener Abruf Diese Strategie zielt darauf ab, durch einen hohen Arbeitspreis möglichst selten abgerufen zu werden. Sie stellt bei klassischen Industrieunternehmen die derzeit bevorzugte Vermarktungsstrategie dar. Für eine qualitative Abschätzung der zu erwartenden Erlösmöglichkeiten wird hier ein Arbeitspreis angesetzt, der sich in der Mitte des letzten Drittels der MOL befindet (Merit-Order-Position (MOP) = 5/6, bzw. 83,3%, siehe Abbildung 5-5).

51 Arbeitspreis in Tsd. /MWh Abrufdauer in h/a AP in Tsd. /MWh Regelleistungsmarkt psrl NT psrl HT psrl AVG MOP = 5/6 0 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Aggregierte Abrufe Arbeitspreis MOP = 5/6 FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00124 FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-5: Mittlere normierte Merit-Order psrl, Strategie 1: seltener Abruf, psrl (links) und mittlere normierte Merit-Order und Jahresdauerlinie der Abrufe von psrl (rechts) (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) In der Abbildung sind alle Angebote für positive SRL aus dem Jahr 2015 dargestellt. Auf der y-achse ist der gebotene Arbeitspreis aufgetragen, während die x-achse die resultierende Merit-Order-Position (MOP) in % zeigt. Die MOP wird für jeden Ausschreibungszeitraum individuell für jedes Angebot berechnet und stellt die von den gebotenen Arbeitspreisen abhängige relative Position der Gebote dar. Ein positiver Arbeitspreis bei positiver SRL bedeutet, dass ein Unternehmen seinen Strombezug reduziert und dafür vom jeweiligen ÜNB vergütet wird. Für die zugrundeliegende Vorzeichenkonvention in Bezug auf die Arbeitspreise von Regelenergie sei auf Abbildung 5-2 verwiesen. Ein Anbieter, der diese Strategie verfolgt, wird dann abgerufen, wenn mindestens 5/6 bzw. 83,3% der insgesamt vorgehaltenen Leistung abgerufen werden. Im Jahr 2015 müsste ein Arbeitspreis von durchschnittlich 818 /MWh geboten werden. In der Berechnung dieses Wertes wird jeder Ausschreibungszeitraum des Jahres individuell betrachtet und anschließend der Mittelwert der daraus abgeleiteten Arbeitspreise (jeweils bei MOP = 5/6) berechnet. Eine Analyse der tatsächlichen Abrufe (hier kommen die eingangs erwähnten 4- Sekundenwerte des SRL-Bedarfs zum Einsatz) im Vergleich zur vorgehaltenen Leistung, ermöglicht eine Abschätzung der aus der jeweiligen Gebotsstrategie resultierenden, spezifischen Abrufhäufigkeit eines solchen Anbieters. Abbildung 5-5 zeigt rechts die mittlere MO-Kurve aller Ausschreibungszeiträume sowie die Jahresdauerlinie der Abrufe positiver SRL des Jahres Die gestrichelte Linie zeigt den mittleren gewichteten Arbeitspreis jeder MOP, während die durchgezogene Linie die resultierende gesamte Abrufdauer in h/a zeigt (hier bezogen auf das gesamte Jahr, nicht auf die sonst für die Abschätzungen verwendete Verfügbarkeit von 7000 h). Es ist deutlich erkennbar, dass der Anbieter bei einer MOP von 5/6 nur sehr selten abgerufen wird. Insgesamt kommt man im Jahr 2015 bei positiver SRL nur auf eine Abrufdauer von 3 h/a, was bei einem mittleren Arbeitspreis von 818 /MWh einem Erlös von etwa /(MW*a) entspricht. Begrenzt durch die Verfügbarkeit von 7000 h ergibt sich ein potenzieller Erlös von rund /(MW*a). Unter Hinzunahme der zuvor berechneten Leistungsvergütung ergeben sich unter den vorgestellten Annahmen die folgenden Abschätzungen des Erlöspotenzials von Strategie 1 pro MW und Jahr:

52 Arbeitspreis in Tsd. /MWh Abrufdauer in h/a AP in Tsd. /MWh 46 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Erlöse psrl,strategie 1 = Erlöse LP,pSRL + Erlöse AP,pSRL,Strategie MW a nsrl - Strategie 1: Häufige Leistungsbezuschlagung, seltener Abruf Derzeit weniger häufig kommt gleiche Strategie bei negativer SRL zur Anwendung. Im Folgenden wird dennoch deren Erlöspotenzial für die Bedienung des negativen SRL- Marktes berechnet. Auch hier soll der Arbeitspreis so gewählt werden, dass das Gebot sich in der Mitte des letzten Drittels der MO befindet. Abbildung 5-6 zeigt links alle bezuschlagten Gebote negativer SRL, aufgetragen über die aus den Arbeitspreisen resultierende MOP im jeweiligen Ausschreibungszeitraum nsrl NT nsrl HT nsrl AVG MOP = 5/ % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Aggregierte Abrufe Arbeitspreis MOP = 5/6 FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00125 FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-6: Mittlere normierte Merit-Order nsrl, Strategie 1: seltener Abruf, nsrl (links) und mittlere normierte Merit-Order und Jahresdauerlinie der Abrufe von nsrl (rechts) (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Der durchschnittliche Arbeitspreis, welcher sich aus der Betrachtung aller Ausschreibungszeiträume ergibt, berechnet sich zu /MWh. Unter Berücksichtigung der tatsächlichen viersekündlich diskreten Bedarfswerte negativer SRL ergibt sich aus dieser Platzierung eine Abrufdauer von 2 h/a. Bei einer technischen Verfügbarkeit von 7000 h pro Jahr ergibt sich ein spezifisches Erlöspotenzial von ca /(MW*a). Insgesamt ergibt sich durch Addition des Leistungs- und des Arbeitsteils der Vergütung unter den vorgestellten Annahmen die folgende Abschätzung des Erlöspotenzials pro MW und Jahr: Erlöse nsrl, Strategie 1 = Erlöse LP,nSRL + Erlöse AP,nSRL,Strategie MW a psrl - Strategie 2: Häufige Leistungsbezuschlagung, auf Gewinnmaximierung optimierter Arbeitspreis Bei dieser Strategie soll der Arbeitspreis so gewählt werden, dass unter Berücksichtigung des resultierenden Abrufgrads maximale Einnahmen erzielt werden können. Durch eine Multiplikation der in Abbildung 5-6 dargestellten Kurven der Arbeitspreise und Abrufdauern ergeben sich die mittleren Erlöse (hier wieder bezogen auf eine Verfügbarkeit von 7000 h nach der jeweiligen normieren MOP, dargestellt in Abbildung 5-7).

53 Erlös in Tsd. /MW*a Erlös in Tsd. /MW*a Regelleistungsmarkt FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-7: Erlöse psrl nach mittlerer Merit-Order-Position (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Bei positiver SRL sind nach dieser Bietstrategie ca /(MW*a) erzielbar, wenn immer der niedrigste Arbeitspreis (im Mittel ca. 52 /MWh) geboten wird und so sehr häufig ein Abruf erfolgt (3650 h/a bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a). Insgesamt ergeben sich durch Addition des Leistungs- und des Arbeitsteils der Vergütung unter den vorgestellten Annahmen die folgenden gerundeten Erlöspotenziale pro MW und Jahr: Erlöse psrl, Strategie 2 = Erlöse LP,pSRL + Erlöse AP,pSRL,Strategie MW a Zwar erscheinen die so berechenbaren Erlöse sehr hoch, es gilt allerdings zu bedenken, dass diese Einnahmen vor allem durch einen hohen Abrufgrad erreicht werden und somit eine hohe Flexibilität als auch Verfügbarkeit gewährleistet sein muss. Außerdem ist eine auf Gewinn optimierte Platzierung der Arbeitspreise in Realität aufgrund der Unvorhersehbarkeit des Marktes nur bedingt möglich. nsrl - Strategie 2: Häufige Leistungsbezuschlagung, auf Gewinnmaximierung optimierter Arbeitspreis Auch bei der negativen SRL soll der Arbeitspreis so gewählt werden, dass unter Berücksichtigung des resultierenden Abrufgrads maximale Einnahmen erzielt werden können. Die resultierenden Erlöse ergeben sich durch Multiplikation von Arbeitspreis und Abrufdauer in Abhängigkeit der MOP, dargestellt in Abbildung FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-8: Erlöse nsrl nach mittlerer Merit-Order-Position (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/)

54 48 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Demnach sind im Bereich der negativen SRL potenziell maximale Erlöse von rund //MW*a) bei einer mittleren Merit-Order-Position von 21% (dies entspricht einem mittleren Arbeitspreis von ca. -53 /MWh und einer Abrufdauer von 700 h/a bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a) zu erzielen. Erlöse nsrl, Strategie 2 = Erlöse LP,nSRL + Erlöse AP,nSRL,Strategie MW a nsrl Strategie 3: Häufige Leistungsbezuschlagung, häufiger Abruf Eine weitere Strategie könnte es sein, durch einen bewusst niedrig gewählten Arbeitspreis sehr oft abgerufen zu werden. Für diese Strategie kommen insbesondere Prozesse in Frage, die eine hohe zeitliche Variabilität besitzen, die negative SRL durch eine Erhöhung ihres Strombezugs so leicht bereitstellen können aber nicht direkt auf einen ununterbrochenen Strombezug angewiesen sind. Beispiele hierfür sind Zusatzöfen in Graphitwerken und Bohrer in Bergwerken. Für eine Abschätzung des Erlöspotenzials soll für die erste Abschätzung der Arbeitspreis in jedem Ausschreibungszeitraum so angesetzt werden, dass das Gebot ganz am Anfang der Merit-Order platziert ist und die Anlage so jedes Mal, wenn ein Abruf stattfindet, abgerufen wird. Nach den Auswertungen des Jahres 2015 ergibt sich nach dieser Strategie ein Arbeitspreis von durchschnittlich 8,59 /MWh. Die resultierende Abrufhäufigkeit dieser Strategie wird anhand der Jahresdauerlinie des SRL-Bedarfs des Jahres 2015 bestimmt. Diese Jahresdauerlinie basiert auf den viersekündlichen Werten des SRL-Bedarfs nach (/HERTZ-01 14/, siehe Abbildung 5-6, rechts). Nach den Auswertungen der Daten des Jahres 2015 führt ein Arbeitspreis von 8,59 /MWh zu einem Abruf von ca h/a (bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a). Die monetären Einnahmen setzen sich bei dieser Strategie aus der Vergütung der vorgehaltenen Leistung abzüglich der Kosten, die dem Anbieter durch den positiven Arbeitspreis von 8,59 /MWh entstehen, zusammen: Erlöse nsrl,strategie 3 = Erlöse LP,nSRL Kosten AP,nSRL MW a Allerdings können aufgrund der SRL-Abrufe MWh konventioneller Strombezug eingespart werden. Bei einem durchschnittlichen Day-Ahead-Preis von 30 /MWh entspricht dies einer Ersparnis von etwa /(MW*a), sodass sich die gesamten Erlöse dieser Strategie wie folgt darstellen: Erlöse nsrl, Strategie 3 = Erlöse LP,nSRL + Erlöse nsrl,ersparnis MW a Um einen besseren Überblick zu vermitteln, welche Arbeitspreise zu welchen Abrufstunden und Erlösen führen, sollen nun exemplarisch für die Marktdaten des Jahres 2015 die Erlöse für eine Abrufdauer von 2000, 1000 und 50 Stunden dargestellt werden. Nach Abbildung 5-6, rechts ergeben sich die folgenden Arbeitspreise und Erlöse unter den zuvor vorgestellten Annahmen und einer Verfügbarkeit von 7000 h/a. Die gesamten Erlöse in der rechten Spalte beinhalten dabei auch die Erlöse aus der Leistungsvorhaltung.

55 Regelleistungsmarkt 49 Abrufstunden pro Jahr Mittlerer Arbeitspreis Erlös aus Abrufen Einsparung durch Strombezug Erlöse gesamt ,73 /MWh /MW*a /MW*a /MW*a ,87 /MWh /MW*a /MW*a /MW*a ,62 /MWh /MW*a /MW*a /MW*a Insbesondere bei dieser Auswertung gilt zu beachten, dass die Abschätzungen auf Basis der historischen Daten berechnet wurden, diese Strategie aber aufgrund der Unvorhersehbarkeit des Regelleistungsmarktes so in der Praxis nicht umsetzbar ist.

56 50 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Minutenreserve Die Minutenreserve ist das dritte und letzte Produkt in der den ÜNB zur Verfügung stehenden Kaskade von Regelenergieprodukten. Weicht die Netzfrequenz trotz Einsatzes der SRL nach 15 Minuten immer noch von der Gleichgewichtsfrequenz von 50 Hz ab, wird diese in einem letzten Schritt von den zuständigen ÜNB aktiviert. Die Präqualifikationsanforderungen für Minutenreserveleistung (MRL) sind deutlich geringer als die der SRL. Die Aktivierungszeit beträgt 15 Minuten und wird nicht über ein Regelsignal, sondern über eine Fahrplanänderung vorgenommen. Neben konventionellen thermischen Kraftwerken, Pumpspeicherkraftwerken und virtuellen Kraftwerken kommen hier auch direktvermarktete EEG-Anlagen, sowie abschaltbare Lasten zum Einsatz. Rechtlicher und regulatorischer Rahmen Wie auch die SRL wird die in der deutschen Regelzone vorzuhaltende MRL alle drei Monate von den ÜNB dimensioniert und beträgt aktuell 2101 MW für positive und 2353 MW für negative MRL (Ausschreibungszeitraum , /ÜNB-01 15/). Die MRL wird täglich, getrennt nach positiver und negativer MRL ausgeschrieben. Weiterhin ist jeder Tag in sechs Zeitscheiben zu je vier Stunden unterteilt, sodass insgesamt 12 verschiedene Produkte gehandelt werden. Der kurze Zeitraum ermöglicht es, auch kleineren Erzeugern deren Verfügbarkeit zu garantieren, und erhöht so den Wettbewerb am Markt. Auch bei der MRL wird die Leistungsvorhaltung nach dem PaB- Prinzip vergütet. Die Mindestangebotsgröße beträgt 5 MW, wobei auch hier ein Pooling von kleineren Anlagen möglich ist. Seit dem erfolgt der Abruf der MRL nicht mehr telefonisch, sondern elektronisch über den sogenannten MO-Listen-Server in Form einer Fahrplanlieferung. Das heißt, die Bereitstellung erfolgt für ganzzahlige Vielfache der 15-Minuten-Abrechnungsintervalle und wird auch über diese nach dem gebotenen Arbeitspreis vergütet. Die Leistung muss innerhalb von 15 Minuten voll aktiviert sein /CONSENTEC-01 14/. Entwicklungen in den letzten Jahren Aus Sicht der Anbieter von Regelleistung ergeben sich Erlösmöglichkeiten aus der reinen Leistungsvorhaltung zum einen und aus der Bereitstellung von tatsächlich abgerufener Regelenergie zum anderen. Abbildung 5-9 zeigt die jährlichen Mittelwerte der Leistungspreise positiver und negativer MRL. Abbildung 5-9: Mittlerer jährlicher Leistungspreis MRL (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/)

57 Mittlerer gewichteter Arbeitspreis der abgerufenen Regelarbeit in /MWh Abrufgrad Regelleistungsmarkt 51 Seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 2008 sind insbesondere die Leistungspreise positiver MRL stark zurückgegangen. Bei den Leistungspreisen negativer MRL ist kein derartiger Trend zu erkennen liegt der durchschnittliche Leistungspreis bei positiver MRL bei 0,57 /(MW*h) und negativer MRL bei etwa 1,80 /(MW*h) und ist somit 10- bzw. 1,4-mal niedriger als der der äquivalenten SRL-Produkte. Zusätzlich zur Bereitstellung der Leistung wird auch den Anbietern von MRL bei einem Abruf die erbrachte Arbeit über einen Arbeitspreis vergütet. Auch hier erfolgt der Abruf nach der Merit-Order der Angebote, sodass die Abrufwahrscheinlichkeit direkt mit der Wahl des Arbeitspreises im Zusammenhang steht. Abbildung 5-10 zeigt links die jährlichen Mittelwerte der Arbeitspreise aufgeteilt nach positiver und negativer MRL und rechts den jeweiligen Abrufgrad. nmrl pmrl nmrl pmrl 250 7% 200 6% % 4% 3% 2% % -150 FfE 18 Regelleistung_ % FfE 18 Regelleistung_ Abbildung 5-10: Mittlerer jährlicher Arbeitspreis (links) bzw. Abrufgrad (rechts) MRL (Eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Ähnlich wie schon bei den Arbeitspreisen negativer SRL, bewegen sich die der negativen MRL seit einigen Jahren im deutlich negativen Bereich. Das bedeutet, dass Anbieter, die negative MRL durch eine Erhöhung ihres Stromverbrauchs zur Verfügung stellen, zunehmend für diese Erhöhung von den ÜNB vergütet werden. Die Arbeitspreise positiver MRL hingegen schwanken seit dem Jahr 2008 zwischen ca. 150 /MWh und 210 /MWh und zeigen keinen eindeutigen Trend. Bei Betrachtung der jährlichen Mittelwerte der Abrufgrade in Abbildung 5-10, rechts, verzeichnen insbesondere die Werte der negativen MRL seit 2011 einen starken Rückgang von 5,5 % auf 0,63 % in Die Abrufgrade positiver MRL zeigen keinen eindeutigen Trend. Insgesamt ist auch das Niveau der Abrufgrade der MRL deutlich niedriger als das der SRL. Gebotsstrategien und Abschätzung der spezifischen Erlöspotenziale Wie bei der SRL ergeben sich auch bei der MRL die Erlösmöglichkeiten aus einem Leistungs- und einem Arbeitsteil. Nach Abbildung 5-9 beträgt der mittlere Leistungspreis bei negativer MRL im Jahr ,79 /MW*h und bei positiver MRL 0,57 /(MW*h). Die jährlichen Erlöse aus der Leistungsvorhaltung berechnen sich ebenfalls nach Formel (1) zu: Erlöse LP,pMRL = P verm. t verm. LP mittel = 1 MW 7000 h a 0, MW h MW a Erlöse LP,nMRL = P verm. t verm. LP mittel = 1 MW 7000 h 1, a MW h MW a

58 Abrufdauer in h/a AP in Tsd. /MWh 52 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Bei der Wahl der Arbeitspreise soll auch bei der MRL zwischen den drei bereits im Kapitel zur SRL vorgestellten Strategien unterschieden werden die, für positive und negative Produkte getrennt, in den folgenden Abschnitten erläutert werden. pmrl - Strategie 1: Häufige Leistungsbezuschlagung, seltener Abruf Durch die Wahl eines hohen Arbeitspreises soll ein möglichst seltener Abruf erzielt werden. Für eine qualitative Abschätzung der zu erwartenden Erlösmöglichkeiten wird auch hier ein Arbeitspreis angesetzt, der sich in der Mitte des letzten Drittels der MO befindet (MOP = 5/6, bzw. 83,3%, siehe Abbildung 5-11). MOP = 5/ Aggregierte Abrufe Arbeitspreis MOP = 5/6 FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20% 40% 60% 80% 100% Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-11: Mittlere normierte Merit-Order pmrl, Strategie 1: seltener Abruf, pmrl (links) und mittlere normierte Merit-Order und Jahresdauerlinie der Abrufe von pmrl (rechts) (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) In der Abbildung sind alle MRL-Gebote und die daraus resultierende mittlere Merit- Order-Kurve des Jahres 2015 dargestellt. Dabei sei wie bei der SRL schon erwähnt, dass die in Abbildung 5-2 dargestellte Vorzeichenkonvention gilt. Ein negativer Arbeitspreis bei negativer MRL bedeutet also, dass der Anbieter für die Erhöhung seines Stromverbrauchs zusätzlich von den ÜNB vergütet wird. Ein Anbieter, der diese Strategie verfolgt, wird nur dann abgerufen, wenn mindestens 5/6 bzw. 83,3 % der insgesamt vorgehaltenen Leistung abgerufen werden. Im Jahr 2015 müsste nach dieser Gebotsstrategie ein Arbeitspreis von durchschnittlich 940 /MWh bei positiver MRL geboten werden. Eine Analyse der tatsächlichen Abrufe im Vergleich zur vorgehaltenen Leistung ermöglicht eine Abschätzung der aus der jeweiligen Gebotsstrategie resultierenden, spezifischen Abrufhäufigkeit eines solchen Anbieters. Abbildung 5-11 zeigt rechts die mittlere Merit-Order-Kurve aller Ausschreibungszeiträume sowie die Jahresdauerlinie der Abrufe negativer MRL des Jahres Dabei kann hier auf die auf von den ÜNB veröffentlichten Viertelstundenwerte der Abrufe zurückgegriffen werden, da der Abruf bei der MRL viertelstundendiskret nach Fahrplan erfolgt und hier somit keine Mittelung der veröffentlichten Werte durchgeführt wurde. Auch bei der MRL ist deutlich erkennbar, dass Anbieter, die diese Strategie verfolgen, nur sehr selten abgerufen werden. So kommt es im Jahr 2015 bei einer aus dieser Strategie resultierenden Platzierung bei positiver MRL zu keinem Zeitpunkt des Jahres zu einem Abruf. Das Erlöspotenzial dieser Strategie beschränkt sich dementsprechend auf die Erlöse aus der Leistungsvorhaltung.

59 Abrufdauer in h/a AP in Tsd. /MWh Regelleistungsmarkt 53 Erlöse pmrl, Strategie 1 = Erlöse LP,pMRL MW a nmrl - Strategie 1: Häufige Leistungsbezuschlagung, seltener Abruf Analog zu den Berechnungen zur positiven MRL wird in diesem Abschnitt das Erlöspotenzial der Strategie seltener Abruf auch für die negative MRL abgeschätzt. Wieder wird, wie in Abbildung 5-12 dargestellt, eine Platzierung in der Mitte des letzten Drittels der MO der Arbeitspreise angenommen MOP = 5/ Aggregierte Abrufe Arbeitspreis MOP = 5/ Abbildung 5-12: Mittlere normierte Merit-Order nmrl, Strategie 1: seltener Abruf, nmrl (links) und mittlere normierte Merit-Order und Jahresdauerlinie der Abrufe von nmrl (rechts) (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Der durchschnittliche Arbeitspreis, welcher sich aus der Betrachtung aller Ausschreibungszeiträume ergibt, berechnet sich zu -550 /MWh. Eine derartige Platzierung führt unter Berücksichtigung der tatsächlichen Abrufe negativer MRL dazu, dass diese Anlage nicht abgerufen wird. Das Erlöspotenzial ergibt sich also auch hier rein aus den Erlösen aus der Leistungsvorhaltung. Erlöse nmrl, Strategie 2 = Erlöse LP,nMRL MW a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20% 40% 60% 80% 100% Normierte Merit-Order-Position pmrl - Strategie 2: Häufige Leistungsbezuschlagung, auf Gewinnmaximierung optimierter Arbeitspreis Bei dieser Strategie soll der Arbeitspreis so gewählt werden, dass unter Berücksichtigung des resultierenden Abrufgrades maximale Einnahmen erzielt werden können. Durch eine Multiplikation der in Abbildung 5-11 rechts dargestellten Kurven der Arbeitspreise und Abrufdauern ergeben sich die mittleren Erlöse (hier wieder bezogen auf eine Verfügbarkeit von 7000 h/a nach der jeweiligen normierten MOP, dargestellt in Abbildung 5-13).

60 Erlös in Tsd. /MW*a Erlös in Tsd. /MW*a 54 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20% 40% 60% 80% 100% Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-13: Erlöse pmrl nach mittlerer Merit-Order-Position (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Demnach sind im Bereich der positiven MRL potenziell maximale Erlöse von rund /(MW*a) bei einer mittleren MOP von 13 %. Im Mittel entspricht dies einem Arbeitspreis von etwa 120 /MWh und führt zu einer Abrufdauer von ca. 300 h/a (bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a). Insgesamt ergibt sich unter Berücksichtigung der Erlöse aus der Leistungsvorhaltung das folgende gesamte Erlöspotenzial nach Strategie 2. Erlöse pmrl, Strategie 3 = Erlöse LP,pMRL + Erlöse AP,pMRL,Strategie MW a nmrl - Strategie 2: Häufige Leistungsbezuschlagung, auf Gewinnmaximierung optimierter Arbeitspreis Auch bei der negativen MRL soll die Strategie untersucht werden, die durch eine optimierte Wahl des Arbeitspreises maximale Erlöse erzielt. Die resultierenden Erlöse ergeben sich durch Multiplikation von Arbeitspreis und Abrufdauer in Abhängigkeit der MOP FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 20% 40% 60% 80% 100% Normierte Merit-Order-Position Abbildung 5-14: Erlöse nmrl nach mittlerer Merit-Order-Position (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/) Demnach sind im Bereich der negativen MRL potenziell maximale Erlöse von rund /(MW*a) bei einer mittleren Merit-Order-Position von 12 % (dies entspricht einem mittleren Arbeitspreis von ca. -39 /MWh und einer Abrufdauer von 147 h/a bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a) zu erzielen. Erlöse nmrl, Strategie 2 = Erlöse LP,nMRL + Erlöse AP,nMRL,Strategie MW a

61 Regelleistungsmarkt 55 nmrl - Strategie 3: Häufige Leistungsbezuschlagung, häufiger Abruf Wie bei der negativen SRL soll auch bei der negativen MRL die Gebotsstrategie betrachtet werden, die auf einen möglichst häufigen Abruf abzielt. Im Durchschnitt über alle Ausschreibungszeiträume des Jahres 2015 liegt der erste Arbeitspreis in der Merit- Order bei -26,43 /MWh. Für diese Strategie kommen insbesondere Prozesse in Frage, die eine hohe zeitliche Variabilität besitzen, die negative MRL durch eine Erhöhung ihres Strombezugs so leicht bereitstellen können aber nicht direkt auf einen ununterbrochenen Strombezug angewiesen sind. Beispiele hierfür sind auch hier Zusatzöfen in Graphitwerken und Bohrer in Bergwerken. Nach Abbildung 5-12 rechts liegt man damit unter dem niedrigsten mittleren Arbeitspreis, sodass man immer abgerufen wird, wenn negative MRL benötigt wird. Nach den Auswertungen der Daten des Jahres 2015 führt ein Arbeitspreis von -26,43 /MWh bei einer Verfügbarkeit von 7000 h/a zu einer Abrufdauer von 233 h im Jahr. Die monetären Einnahmen setzen sich bei dieser Strategie ausschließlich aus der Vergütung der vorgehaltenen Leistung zusammen: Erlöse nmrl = Erlöse LP,nMRL + Erlöse AP,nMRL,Strategie MW a Allerdings können aufgrund der MRL-Abrufe 233 MWh konventioneller Strombezug eingespart werden. Bei einem durchschnittlichen Day-Ahead-Preis von 30 /MWh entspricht dies einer Ersparnis von etwa /(MW*a), sodass sich die gesamten Erlöse dieser Strategie wie folgt darstellen: Erlöse nmrl, Strategie 3 = Erlöse LP,nMRL + Erlöse nmrl,ersparnis MW a Diese Strategie beruht auf der Idee konventionellen Strombezug durch Strombezug aus negativer Regelleistung zu substituieren. Eine vergleichbare Strategie am positiven MRL-Markt kommt dementsprechend nicht in Frage.

62 56 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte 5.2 Day-Ahead-Markt Im Day-Ahead-Handel werden Stromprodukte für den darauffolgenden Tag gehandelt. In Deutschland wird ein Großteil des Day-Ahead-Handels über die Plattform der EPEX SPOT (European Power Exchange) abgewickelt. Folglich beruhen die folgenden Ausführungen auf deren regulatorischen Grundlagen und Marktdaten. Rechtlicher und regulatorischer Rahmen Am Day-Ahead-Markt der EPEX können für die Marktzonen Frankreich, Deutschland/Österreich und Schweiz bis 12 Uhr am Vortag der Lieferung für einzelne Stunden Gebote abgegeben werden. Ein Gebot besteht dabei immer aus einer oder mehreren Preis-Mengen-Angaben und kann sowohl von Käufern, als auch von Verkäufern eingestellt werden. Dabei müssen die Preise pro MWh zwischen -500 und liegen. Ein Gebot ist entweder ein einzelner Stunden- oder ein Blockkontrakt. Für die Blockkontrakte stehen verschiedene, standardisierte Varianten zur Verfügung. Einige Beispiele sind in der folgenden Tabelle aufgelistet: Tabelle 5-1: Blockprodukte an der EPEX Spot Blockname Baseload Peakload Afternoon Business Sun-Peak Zeitperiode 0-24 Uhr 8-20 Uhr Uhr 8-16 Uhr Uhr Zum Handelsschluss um 12:00 Uhr des Vortages werden nun alle abgegebenen Stundengebote in einer Merit-Order-Kurve zusammengeführt und der resultierende Markträumungspreis aus dem Schnittpunkt der Kaufgebots- und der Verkaufgebotskurve berechnet (siehe Abbildung 5-15). Abbildung 5-15: Gebotskurven Day-Ahead (Quelle: /FFE-08 11/) Alle Gebote, deren Preis sich unterhalb dieses Schnittpunkts in der Merit-Order-Kurve befinden, werden bezuschlagt, alle anderen sind out-of-the-money, werden also nicht aktiviert. Die Vergütung geschieht einheitlich für alle bezuschlagten Gebote anhand des Markträumungspreises. Dieser Preis gilt dann auch für die zuvor erwähnten Blockgebote.

63 DA-Preis in /MWh Handelsvolumen in TWh Day-Ahead-Markt 57 Entwicklungen in den letzten Jahren Abbildung 5-16 zeigt die Entwicklung des Preisniveaus sowie der Handelsvolumina am EPEX Day-Ahead-Markt seit Mittlerer monatlicher Day-Ahead-Preis Monatliches Day-Ahead Handelsvolumen FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ Abbildung 5-16: Entwicklung Day-Ahead Preise und Handelsvolumina (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/) Die gehandelten Energiemengen verzeichnen einen starken Anstieg und haben sich seit 2002 mehr als verzehnfacht. Die Entwicklung der Preise zeigt in den ersten Jahren keinen eindeutigen Trend. Seit 2011 hingegen ist eine stetige Abnahme der Preise zu beobachten, was unter anderem auf den zunehmenden Marktanteil erneuerbarer Energien in Deutschland zurückzuführen ist. Aufgrund der im EEG festgelegten vorrangigen Einspeisung erneuerbarer Energien und der Tatsache, dass diese zu 0 Grenzkosten vermarktet werden, verdrängen diese zunehmend teure, preissetzende Kraftwerke aus der MO und drücken somit insgesamt den Markträumungspreis. Gebotsstrategien und Abschätzung der spezifischen Erlöspotenziale Im Bereich des Day-Ahead-Markts werden zwei Strategien untersucht. Erstere basiert darauf, einen Teil der Last in die zwei günstigsten Stunden des Tages zu verschieben. Da die tägliche Gesamtlast unverändert bleiben soll, wird die Last in den restlichen Stunden des Tages anteilig reduziert. Bei der zweiten zu betrachtenden Strategie geht es darum, einen Teil der Last aus den zwei teuersten Stunden des Tages zu verschieben und die Last dann entsprechend in den restlichen Stunden anteilig zu erhöhen. Als letzte Strategie soll noch eine Extrempreisstrategie betrachtet werden, bei der eine Lastreduktion nur in Stunden mit sehr hohen Preisen erfolgen soll. Anmerkung zur Berechnung Als Vergleichsgrundlage für die im Folgenden vorgestellten Strategien am Day-Ahead und Intraday-Markt wird ein Strombezug am Day-Ahead-Markt zu den Preisen des Jahres 2015, sowie einer Verbraucherleistung von 10 MW verwendet. Außerdem gilt die Bedingung, dass sich die Summe des täglichen Energiebedarfs nicht ändert, es also zu keinen Produktionsausfällen kommt. Es wird außerdem eine verschiebbare Last von 1 MW angesetzt. Entsprechend wird beispielsweise bei der im folgenden Abschnitt vorgestellten Strategie Lasterhöhung in den günstigsten zwei Stunden die Last in den restlichen Stunden um jeweils 2/22 MW verringert. Die Strombezugskosten der Strategien werden individuell für jeden Tag des Jahres 2015 anhand der historischen Marktdaten des Day-Ahead und Intraday-Markts ausgewertet und mit den normalen

64 58 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Strombezugskosten am Day-Ahead-Markt bei unverändertem Betrieb verglichen. Auch hier wird von einer technischen Verfügbarkeit der Anlage von 7000 h/a ausgegangen, sodass das Erlöspotenzial anschließend entsprechend reduziert wird. Noch einmal zusammengefasst die wichtigsten Punkte zur Erlösabschätzung am Day- Ahead und Intraday-Markt: Referenzbetrieb 10 MW Leistungsverschiebung von 1 MW in 2 Stunden Anteilige Erhöhung/Reduktion der Gesamtleistung in den restlichen Stunden Vergleich mit normalem Strombezug am Day-Ahead-Markt Technische Verfügbarkeit von 7000 h/a Strategie 1: Lasterhöhung in den günstigsten zwei Stunden Der resultierende Tagesverlauf der ersten Strategie ist in Abbildung 5-17 beispielhaft dargestellt. Abbildung 5-17: Gebotsstrategie Day-Ahead-Markt (eigene Darstellung, Daten von /EEX /) Für den ursprünglichen Beschaffungspreis werden die stündlichen Day-Ahead-Preise angesetzt. Entsprechend ergeben sich die Erlösmöglichkeiten dieser Strategie nach Formel (2). Erlöse DA,Strategie 1 = K DA,Ref. K DA,Strategie 1 (2) Erlöse DA, Strategie 1 [ /a]: DSM-Erlöse aus Day-Ahead-Vermarktung, Strategie 1 K DA,Ref.. [ /a]: Jährliche Kosten bei normalem Betrieb K DA, Strategie 1 [ /a]: Jährliche Kosten bei angepasstem Betrieb nach DA-Strategie 1 Die Berechnung des jährlichen Erlöspotenzials erfolgt nach den in Abschnitt 0 vorgestellten Annahmen und ergibt mit den Marktdaten des Jahres 2015 ein Erlöspotenzial von ca

65 Day-Ahead-Markt 59 Strategie 2: Lastreduktion in den teuersten zwei Stunden Bei dieser Strategie erfolgt eine Lastreduktion in den teuersten zwei Stunden des Tages um jeweils 1 MW. Das Erlöspotenzial dieser Strategie ergibt sich bei gleichzeitiger anteiliger Kompensation der verschobenen reduzierten Leistung in den restlichen Stunden des Tages unter den zuvor beschriebenen Randbedingungen nach Formel (5). Erlöse DA,Strategie 2 = K DA,Ref. K DA,Strategie 2 (3) Erlöse DA, Strategie 2 [ /a]: DSM-Erlöse aus Day-Ahead-Vermarktung, Strategie 2 K DA, Strategie 2 [ /a]: Jährliche Kosten bei angepasstem Betrieb nach DA-Strategie 2 Wieder unter Berücksichtigung einer Verfügbarkeit an 292 Tagen/a (also 7000 h/a) ergibt sich ein Erlöspotenzial von rund Strategie 3: Lastreduktion nur bei extremen Preisen Als dritte und letzte Strategie am Day-Ahead Markt soll eine Extrempreisstrategie betrachtet werden. Dabei findet eine Lastreduktion nur in Zeiten extrem hoher Preise statt. Als extrem wird hier ein Preis verstanden, der mindestens doppelt so hoch ist wie der Tagesmittelwert der Preise. Auch bei dieser Strategie soll die Tagesenergiemenge unverändert bleiben, so dass die Reduktion der Leistung in den betroffenen Stunden durch eine entsprechende Erhöhung der Leistung in den restlichen Stunden des Tages kompensiert wird. Das Erlöspotenzial dieser Strategie ergibt sich nach Formel (5). Erlöse DA,Strategie 3 = K DA,Ref. K DA,Strategie 3 (4) Erlöse DA, Strategie 3 [ /a]: DSM-Erlöse aus Day-Ahead-Vermarktung, Strategie 3 K DA, Strategie 3 [ /a]: Jährliche Kosten bei angepasstem Betrieb nach DA-Strategie 3 Wieder unter Berücksichtigung einer Verfügbarkeit an 292 Tagen/a (also 7000 h/a) ergibt sich ein Erlöspotenzial von rund Nach den Daten des Jahres 2015 würde dabei in 100 h des Jahres eine Reduktion der Leistung durchgeführt werden.

66 ID-Preis in /MWh Handelsvolumen in TWh 60 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte 5.3 Intraday-Markt Im Gegensatz zum Day-Ahead-Markt ist der Intraday-Markt ein untertägiger Handel, der erst 30 Minuten vor der eigentlichen Erfüllung der abgeschlossenen Geschäfte schließt. Er dient der weiteren Fahrplanoptimierung und Kompensation von unvorhersehbaren Ereignissen wie Kraftwerksausfällen oder fehlerhafter Last- oder Erzeugungsprognosen. Insbesondere vor dem Hintergrund des stetigen Ausbaus volatiler erneuerbarer Energien kommt dem Intraday-Markt eine zunehmende Bedeutung zu. Wie auch der Day-Ahead-Markt wird der Intraday-Markt in Deutschland hauptsächlich über die Plattform der EPEX SPOT abgewickelt. Rechtlicher und regulatorischer Rahmen Beim Intraday-Handel in Deutschland wird zwischen zwei verschiedenen Segmenten unterschieden: dem kontinuierlichen Handel und einer Intraday-Auktion. Letztere wurde im November 2014 eingeführt und findet täglich um 15:00 Uhr statt. Der kontinuierliche Intraday-Handel startet um 15:00 Uhr am Vortag der Lieferung und endet 30 Minuten vor der Erbringung der abgeschlossenen Lieferkontrakte. Dabei können an der EPEX sowohl stündliche als auch viertelstündliche Zeitscheiben gehandelt werden. Die Preisfindung folgt dabei im Gegensatz zum Day-Ahead-Markt am Intraday-Markt dem Pay-as-bid -Prinzip. Das bedeutet, dass hier Kauf- und Verkaufsgebote nach ihren Preisen möglichst passend zueinander gepaart werden und somit ein Anbieter bei einem Zustandekommen des Kontrakts genau den Preis erhält, den er geboten hat. Bei der Intraday-Auktion können bis 15:00 Uhr des Vortages Gebote abgegeben werden. Im Gegensatz zum kontinuierlichen Intraday-Handel werden die bezuschlagten Kontrakte allerdings, ähnlich wie beim Day-Ahead-Markt, nach einem einheitlichen Markträumungspreis vergütet. Außerdem werden hier ausschließlich Viertelstunden- Produkte gehandelt. Die Ergebnisse der EPEX-Intraday-Auktion werden täglich um 15:10 veröffentlicht. Entwicklungen in den letzten Jahren Abbildung 5-18 zeigt die Entwicklung des Preisniveaus sowie der Handelsvolumina am EPEX Intraday-Markt seit Mittlerer monatlicher Intraday Preis Monatliches Intraday Handelsvolumen FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ ,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Abbildung 5-18: Entwicklung Intraday Preise und Handelsvolumina (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/)

67 ID-Preis-Spread in /MWh Intraday-Markt 61 Bezüglich des Preisniveaus ist ein leicht fallender Trend zu erkennen. Auch hier ist davon auszugehen, dass der Zubau erneuerbarer Energien einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Preisniveau hat. Im Gegensatz zum Day-Ahead-Markt existiert hier keine Vergütung nach MO. Strom aus erneuerbaren Energien genießt am Intraday- Markt keine vorrangige Einspeisung. Dennoch nimmt dessen Anteil durch die Verpflichtung zur Direktvermarktung auch am Intraday-Markt zu, was insgesamt zu einer Reduktion des mittleren Preisniveaus führt. Das gehandelte Volumen verzeichnet in den letzten Jahren ebenfalls eine deutliche Zunahme. Auch hier ist ein Zusammenhang mit dem Ausbau von EE, insbesondere von Wind und PV, zu vermuten, da deren volatile und nur bedingt vorhersagbare Einspeisung den Bedarf an kurzfristigen Optionen zum Ausgleich der Bilanzkreise erhöht. Über den gleichen Zeitraum wurden die täglichen Preisspreads am Intraday-Markt ausgewertet. Sie berechnen sich aus der Differenz des maximalen und minimalen Preises, welcher sich im Laufe eines Tages am Intraday-Markt einstellt, und sind ein Maß für den Wert von Flexibilität, welcher an diesem Markt gedeckt wird. Die monatlichen Mittelwerte dieser täglichen Preisspreads sind in Abbildung 5-19 von Anfang 2008 bis Ende 2015 dargestellt FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00145 Abbildung 5-19: Verlauf der monatlichen Mittelwerte von täglichen maximalen Preisspreads am Intraday-Markt (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/) Insgesamt ist hier ein deutlicher Rückgang der Preisschwankungen zu erkennen. Gebotsstrategien und Abschätzung der spezifischen Erlöspotenziale Beim Intraday-Markt sollen die folgenden drei Gebotsstrategien betrachtet werden: 1. Lastreduktion in den teuersten zwei Stunden des Tages 2. Lasterhöhung in den günstigsten zwei Stunden des Tages 3. Ausnutzung des Viertelstundenphänomens Diese werden im folgenden Abschnitt vorgestellt und die spezifischen Erlöspotenziale anhand der Marktdaten des Jahres 2015 abgeschätzt. Wie bei den Erlösabschätzungen der Day-Ahead-Strategien gelten auch hier die Grundannahmen nach Abschnitt 5.2. Strategie 1: Lastreduktion in den teuersten zwei Stunden Bei der ersten Strategie geht es darum, die zuvor am Day-Ahead-Markt bezogene Gesamtenergiemenge in den teuersten zwei Stunden des Tages zu reduzieren und am

68 62 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Intraday-Markt zu veräußern. Da die tägliche Gesamtlast unverändert bleiben soll, wird die Last in den restlichen Stunden des Tages anteilig erhöht (siehe Abbildung 5-20). Abbildung 5-20: Gebotsstrategie 1 am Intraday-Markt (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/) Für den ursprünglichen Beschaffungspreis werden die stündlichen Werte der Day- Ahead-Preise des Jahres 2015 angesetzt. Entsprechend ergeben sich die Erlösmöglichkeiten dieser Strategie nach Formel (5). Erlöse ID,Strategie 1 = K DA,Ref. K ID,Strategie 1 (5) Erlöse ID, Strategie 1 [ /a]: DSM-Erlöse aus Intraday-Vermarktung, Strategie 1 K ID,Strategie 1. [ /a]: Jährliche Kosten bei angepasstem Betrieb nach ID-Strategie 1 Für die Berechnung des jährlichen Erlöspotenzials wird auch hier eine Verfügbarkeit von 7000 h/a (bzw. 292 Tage) angenommen. Nach den Auswertungen der Marktdaten des Jahres 2015 ergibt sich ein Erlöspotenzial von rund 9000 : Strategie 2: Lasterhöhung in den günstigsten zwei Stunden des Tages Bei der zweiten Strategie geht es darum, die Last während der günstigsten zwei Stunden des Tages zu erhöhen und während der restlichen Stunden des Tages entsprechend anteilig zu reduzieren. Wieder wird davon ausgegangen, dass der ursprüngliche Bedarf abzüglich der anteiligen Reduktion am Day-Ahead-Markt gedeckt wird und in den zwei günstigsten Stunden des Tages am Intraday-Markt die Last entsprechend erhöht wird. Das Erlöspotenzial ergibt sich nach Formel (6). Erlöse ID,Strategie 2 = K DA,Ref. K ID,Strategie 2 (6) Erlöse ID, Strategie 2 [ /a]: DSM-Erlöse aus Intraday-Vermarktung, Strategie 2 K ID, Strategie 2 [ /a]: Jährliche Kosten bei angepasstem Betrieb nach DA-Strategie 2 Demnach ergibt sich ein Erlöspotenzial von rund 8000.

69 Mittlerer Viertelstundenpreis in /MWh Intraday-Markt 63 Strategie 3: Ausnutzung des Viertelstundenphänomens Die dritte Gebotsstrategie basiert auf der Ausnutzung der charakteristischen Preisspreads zwischen den Viertelstundenprodukten am Anfang bzw. am Ende jeder Stunde. Die Erzeugungsangebotskurve hat aufgrund des hauptsächlich stundenbasierten Handels von Stromprodukten einen leicht treppenförmigen Verlauf, während der Verlauf der Verbraucherlastkurve keine derartige Charakteristik aufweist. Aus der Differenz dieser beiden Kurven resultiert eine charakteristische Unter- bzw. Überspeisung des Systems. Dieser Sachverhalt ist in Abbildung 5-21, links für einen typischen vormittägigen Lastverlauf mit steigender Lastganglinie dargestellt Mittlerer 15-min-ID-Preis 2015 Mittlerer DA-Preis FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00142 Abbildung 5-21: links: Visualisierung "Viertelstundenphänomen", rechts: Verlauf der jährlichen mittleren Viertelstunden-Intraday-Preise über den Verlauf eines Tages (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/) Zu erkennen ist die charakteristische Überspeisung zu Stundenbeginn gefolgt von einer deutlichen Unterspeisung gegen Ende der Stunde. Dieser Effekt ist besonders deutlich zu Zeiten steiler Lastgradienten zu beobachten, welche typischerweise vormittags und spät abends auftreten. Bei einer fallenden Lastganglinie tritt der Effekt mit umgekehrten Vorzeichen auf. Die Bilanzkreisverantwortlichen versuchen dieses Ungleichgewicht über den Handel von 15-Minuten-Produkten am Intraday-Markt auszugleichen, sodass die erwähnten typischen Preisspreads entstehen (siehe Abbildung 5-21, rechts). In den Morgenstunden bei stark steigendem Lastgradienten und entsprechender Überspeisung des Systems zu Stundenbeginn fallen die Preise zu Beginn jeder Stunde deutlich niedriger aus als zum Ende der Stunde. Abends, bei fallendem Lastgradienten, kehren sich die Vorzeichen entsprechend um, so dass die erste Viertelstunde der betroffenen Stunde deutlich höhere Preise aufweist als die letzte Viertelstunde. Besonders stark von diesem Effekt betroffen sind die Stunden mit hohem Lastgradienten, nämlich zwischen 14:00 und 18:00 (steigend) und zwischen 20:00 und 24:00 (fallend). Genau in diesen Zeiten sollen nun die Preisspreads zwischen der ersten und der letzten Viertelstunde ausgenutzt werden, indem eine Lastverschiebung eben zwischen diesen beiden Viertelstunden durchgeführt wird (bzw. umgekehrt bei umgekehrtem Vorzeichen des Lastgradienten). So findet insgesamt wieder für zwei Stunden des Tages eine Lastverschiebung statt, so dass die Vergleichbarkeit mit den anderen Strategien von Day-Ahead und Intraday-Markt gegeben ist. Nach dieser Strategie ist in Abbildung 5-22 der resultierende Lastgang, sowie der über das Jahr 2015 gemittelte Viertelstundenpreis über den Verlauf eines Tages dargestellt.

70 Mittlerer Viertelstundenpreis in /MWh Last in MW 64 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Angepasster Lastverlauf Mittlerer 15-min-ID-Preis FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ Abbildung 5-22: Gebotsstrategie 3 am Intraday-Markt (eigene Darstellung, Daten von /EEX-01 15/) Die Berechnung der potenziellen Erlöse dieser Strategie erfolgt nach Formel (7) für jeden Tag des Jahres, jeweils für den Zeitraum zwischen 14:00 und 18:00 und zwischen 20:00 und 24:00. 8 Erlöse ID,Strategie 3 = (ID_Preis 15min,teuer ID_Preis 15min,günstig ) h=1 (7) Erlöse ID, Strategie 3 [ /Jahr]: DSM-Erlöse aus Intraday-Vermarktung, Strategie 3 ID_Preis 15min,teuer [ /MWh]: Mittelwert der acht teuersten Viertelstunden des Tages am Intraday- Markt ID_Preis 15min,günstig [ /MWh]: Mittelwert der acht günstigsten Viertelstunden des Tages am Intraday-Markt Unter Berücksichtigung der technischen Anlagenverfügbarkeit von 7000 h/a ergibt sich damit für das Jahr 2015 ein Erlöspotenzial von ca

71 AbLaV AbLaV Um einen nachfrageseitigen Beitrag zur Beseitigung von Netzengpässen zu ermöglichen, hat die Bundesregierung im Dezember 2012 die AbLaV (Verordnung zu abschaltbaren Lasten) beschlossen. Durch die AbLaV werden die ÜNB verpflichtet, einmal monatlich ein gemeinsames Ausschreibungsverfahren online durchzuführen, um insgesamt über eine Gesamtabschaltleistung von max MW ( 1 AbLaV) über den Zeitraum eines Monats zu verfügen. Zur Teilnahme an einer Ausschreibung ist jedes Unternehmen berechtigt, das über eine Abschaltleistung verfügt, die die technischen Anforderungen aus den Paragraphen 5 bis 7 AbLaV erfüllt. Zwischen dem ÜNB und dem Unternehmen mit erfolgreich präqualifizierten Anlagen wird anschließend ein Rahmenvertrag abgeschlossen. Die MW ausgeschriebene Gesamtabschaltleistung gliedert sich auf in MW sofort abschaltbare Lasten (SOL), die innerhalb von einer Sekunde nach Unterschreiten einer vorgegebenen Netzfrequenz automatisch und unverzögert vom Netz genommen werden müssen (Frequenzabschaltung) und MW schnell abschaltbare Lasten (SNL), die innerhalb von 15 Minuten, durch den ÜNB geregelt, ferngesteuert abgeschaltet werden ( 8 Abs. 1 AbLaV und 5 Abs. 1 Nr. 2 AbLaV). Eine abschaltbare Last kann dabei sowohl für eine der beiden als auch für beide Abrufoptionen vermarktet werden. Den Anbietern der abschaltbaren Last stehen drei verschiedene Abruf- bzw. Abschaltoptionen zur Auswahl, für die sie sich nach erfolgreicher Präqualifikation ihrer Anlagen entscheiden müssen. Diese sind nach /ÜNB-02 14/ folgendermaßen definiert: mindestens jeweils 15 Minuten zu einem beliebigen Zeitpunkt mehrmals am Tag in beliebigen Abständen bis zur Dauer von einer Stunde pro Tag mindestens viermal die Woche mindestens vier Stunden am Stück zu einem beliebigen Zeitpunkt einmal alle sieben Tage mindestens acht Stunden am Stück zu einem beliebigen Zeitpunkt einmal alle 14 Tage Die Vergütung der abschaltbaren Leistung unterteilt sich ähnlich wie bei der Regelenergie in einen leistungsbezogenen Anteil für die reine Vorhaltung und einen arbeitsbezogenen Anteil bei tatsächlichem Abruf der Abschaltleistung. Die zur Verfügung gestellte Leistung wird über einen einheitlichen Leistungspreis von /(MW*Monat) vergütet, wohingegen der Arbeitspreis nach 4 Abs. 3 AbLaV mindestens 100 und maximal 400 /MWh betragen darf, grundsätzlich aber dem freien Wettbewerb unterliegt. Für eine Abschätzung des Erlöspotenzials wird ein Arbeitspreis von 400 /MWh und eine Abrufdauer von 1 h angesetzt. Die Erlöse dieses Szenarios für einen Monat ergeben sich zu:

72 66 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Erlöse AblaV = 1 MW MW Monat + 1h 1MW (400 MWh ) = MW Monat Um eine Vergleichbarkeit mit den anderen betrachteten Vermarktungsmöglichkeiten zu gewährleisten, wird dieser Wert auf die zuvor zur Anwendung gekommene Verfügbarkeit von 7000 h pro Jahr extrapoliert, so dass sich ein jährliches Erlöspotenzial von rund /MW ergibt. Die Berechnungen beruhen auf einem Abruf von 1 h pro Monat also 12 h/a. Nach einem Bericht der Bundesnetzagentur vom konnte ein zusätzlicher Nutzen der AbLaV im Vergleich zum konventionellen Regelenergiemarkt jedoch nicht nachgewiesen werden. Nicht nur konnte die Verordnung ihre selbst gesteckten Ziele nicht erreichen, vielmehr wurde mit ihr ein Produkt geschaffen, das dem Regelleistungsmarkt Potenzial abzieht, ihn geradezu ein Stück weit kannibalisiert. Folgerichtig empfahl die Bundesnetzagentur im Rahmen des Berichts, die Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren Lasten (AbLaV) auslaufen zu lassen und nicht zu verlängern /BNETZA-11 15/. Entgegen dieser Empfehlung hat die Bundesregierung die Verordnung zu abschaltbaren Lasten zunächst bis zum hinaus verlängert. Die Verordnung soll bis dahin novelliert werden und dann voraussichtlich bis 2022 gelten. Wichtigste vorgeschlagene Änderungen in der Novellierung (Stand Januar 2016) für DSM-Vermarkter sind die Herabsetzung der Mindestleistung von 50 MW auf 10 MW, eine prinzipielle Poolingmöglichkeit und die Möglichkeit, auch Lasten auf der Mittelspannungsebene in das Angebot zu integrieren. Bezüglich der potenziellen Erlöse ist die Bildung des Leistungspreises über eine wettbewerbliche Ausschreibung vorgesehen.

73 Redispatch Redispatch Stellt ein Übertragungsnetzbetreiber nach Meldung aller marktseitigen Fahrpläne im Rahmen der darauf aufbauenden Netzflussberechnung eine Leistungsüberlastung eines Netzabschnitts fest, stehen ihm verschiedene Maßnahmen zur Verfügung, um diesen präventiv zu verhindern. Dabei zählt der Redispatch zu einer der ersten Maßnahmen, die zur Anwendung kommen. Redispatch bezeichnet die Anpassung der Wirkleistungseinspeisung von netztopologisch nahe dem von einer Überlastung betroffenen Netzelement liegenden Erzeugungsanlagen oder Speichern /BNETZA-19 12/. Nach EnWG $3 Abs. 1a sind seit dem konventionelle Anlagen (hier sind Kraftwerke gemeint) mit einer Nennleistung größer 10 MW verpflichtet, bei Anweisung durch den zuständigen ÜNB ihre Wirkleistungseinspeisung entsprechend anzupassen /ENWG-01 15/. Ein typisches Beispiel für Netzengpässe entsteht durch eine erhöhte Windeinspeisung im Norden Deutschlands bei gleichzeitig hohem Strombedarf im Süden Deutschlands. Wird in einem solchen Fall bei der Netzflussberechnung der ÜNBs eine Leistungsüberlastung einzelner Leitungsabschnitte der Nord-Süd-Verbindung festgestellt, werden Erzeugungsanlagen im Norden heruntergeregelt und Anlagen im Süden hochgeregelt. So kann eine Überlast der Leitungsabschnitte vermieden werden und gleichzeitig der Ausgleich der Systembilanz gewahrt werden. Da von Redispatcheinsätzen nur wenige Kraftwerke in bestimmten Regionen betroffen sind, existiert hier kein funktionierender Markt. Vielmehr ist die Vergütung durch BK als angemessene Vergütung als Aufwandsersatz geregelt /BNETZA-18 12/. Diese Regelung wurde aufgrund einer Klage von 25 Kraftwerksbetreibern am vom Oberlandesgericht Düsseldorf als rechtswidrig erklärt. Außerdem wurde in diesem Urteil bestätigt, dass eine zusätzliche Vergütung der Opportunitäten als angemessen angesehen wird /BNETZA-08 15/. Als Reaktion auf das Urteil des OLG Düsseldorf wird die Vergütung von Redispatcheinsätzen im Referentenentwurf eines Gesetzes zur Weiterentwicklung des Strommarktes neu geregelt. Demnach gilt die Vergütung für die jeweilige Redispatch- Maßnahme [als] angemessen, wenn sie für den Betreiber der angeforderten Anlage weder zu einer wirtschaftlichen Besser- noch zu einer Schlechterstellung führt, als er ohne die Maßnahme stünde. Demnach sind die tatsächlichen Erzeugungsauslagen, der anteilige Werteverbrauch sowie die entgangenen Erlösmöglichkeiten [ ] zu erstatten /BMWI-13 15/. Die genaue Höhe der Vergütungszahlen ist jedoch nicht abschätzbar, so dass hier keine quantitative Abschätzung von Erlöspotenzialen möglich ist. Bisher werden für Redispatch-Maßnahmen hauptsächlich konventionelle Stromerzeugungsanlagen eingesetzt, jedoch ist in Zukunft gerade vor dem Hintergrund der zunehmenden Stilllegung konventioneller Kraftwerken ein Einsatz von DSM durchaus denkbar. DSM-Teilnehmer könnten sich je nach Ausgestaltung der Vergütungssystematik dann sogar freiwillig für den Einsatz für Redispatch melden. Im folgenden Abschnitt soll die Entwicklung der letzten Jahre vorgestellt und die Möglichkeit eines zukünftigen Potenzials diskutiert werden. Wie in Tabelle 5-2 dargestellt, hat der Bedarf an Redispatch in Deutschland in den letzten Jahren signifikant zugenommen und die spezifischen Kosten sind deutlich gestiegen.

74 68 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte Tabelle 5-2: Entwicklung des Bedarfs und der Kosten für Redispatch (strom- und spannungsbedingt) in Deutschland 2010 bis 2014 /BNETZA-20 12/, /BNETZA-17 13/, /BNETZA-20 13/, /BNETZA-12 14/, /BNETZA-16 15/ Summe Stunden Redispatch in h/a Summe Redispatch-Arbeit in TWh 0,3 / 4,69 4,39 5,20 Redispatchkosten in Mio ,7 Spezifische Redispatch-Kosten in /MWh 42,5 / 35,2 25,7 35,9 Dies ist auf den starken Ausbau der erneuerbaren Energien, den nur langsam umgesetzten Netzausbau sowie den voranschreitenden Ausstieg aus der Kernenergie zurückzuführen. Zudem kann laut Bundesnetzagentur und den Übertragungsnetzbetreibern in näherer Zukunft nicht davon ausgegangen werden, dass der Redispatch-Bedarf abnimmt. Um sicherzustellen, dass genügend Redispatch- Kapazitäten zur Verfügung stehen, haben die Übertragungsnetzbetreiber bereits entsprechende Reservekraftwerke kontrahiert /BNETZA-16 15/. Das grundsätzliche Potenzial von DSM für die Redispatcherbringung wird in /FFE-01 14/ diskutiert. Dabei wurden die Redispatch-Maßnahmen im Zeitraum April bis Dezember 2013 mit dem nach Landkreisen aufgelösten Lastverschiebungspotenzial von Betrieben der energieintensiven Branche gegenübergestellt (siehe Abbildung 5-23).

75 Redispatch 69 Abbildung 5-23: Redispatch-Arbeit je Kraftwerk und regionale Lastmanagementpotenziale energieintensiver Prozesse (2. April bis 16. Dezember 2013) /FFE-01 14/ Es ist zu erkennen, dass im Norden und Osten tendenziell eine Reduzierung der Wirkleistungseinspeisung erfolgt, wohingegen im Westen und Süden bei einigen Anlagen die Wirkleistungseinspeisung erhöht wurde. Vor allem im Ruhrgebiet mussten Kraftwerke in diesem Zeitraum etwa 6 bis 10 GWh/Anlage mehr Energie ins Netz einspeisen. Gleichzeitig ist dort das Reduktionspotenzial energieintensiver Prozesse sehr hoch. Anstatt ausschließlich die Einspeiseleistung von Kraftwerken zu erhöhen, könnten in Zukunft energieintensive Prozesse ihre Last verschieben und dadurch einen Beitrag zum Redispatch leisten.

76 70 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte 5.6 Bilanzkreismanagement Unter BKM wird in der Energiewirtschaft das Bewirtschaften von Bilanzkreisen (BK) durch die jeweiligen Bilanzkreisverantwortlichen (BKV) verstanden. Diese müssen dafür Sorge tragen, dass der Saldo ihrer BK in jeder Viertelstunden-Abrechnungsperiode ausgeglichen ist. Zu diesem Zweck erstellen die BKV Lastprognosen ihrer Verbraucher und versuchen diese durch den Einsatz eigener Kraftwerke oder den Einkauf von Stromprodukten möglichst genau auszugleichen. Diese sogenannten Fahrpläne melden sie viertelstundengenau täglich dem verantwortlichen ÜNB, welcher überprüft, ob sie mit den physikalischen Randbedingungen des Gesamtnetzes vereinbar sind, und gegebenenfalls Korrekturen anordnet. Kommt es trotz dieser Maßnahmen zu einem Bilanzungleichgewicht, ist es die Aufgabe des ÜNB, dieses durch den Einsatz von Regelleistung auszugleichen. Aus Systemsicht entstehen durch die Vorhaltung und Bereitstellung von Regelleistung Kosten, welche über den sog. Ausgleichsmechanismus auf die BKV umwälzt werden, deren BK nicht ausgeglichen waren. Zu diesem Zweck wird für jede Viertelstunde der sogenannte regelzonenübergreifende einheitliche Ausgleichsenergiepreis (rebap) berechnet. Dazu wird der Saldo der durch den Abruf von SRL und MRL entstandenen Kosten im NRV-Gebiet durch die aufgewendete Menge dividiert. Der rebap kann je nach Situation ein positives oder ein negatives Vorzeichen annehmen, wobei dieses die Zahlungsrichtung im Rahmen der Bilanzkreisabrechnung bestimmt. Die folgenden vier Konstellationen sind dabei möglich: Positiver rebap & unterdeckter BK-Saldo BKV zahlt an ÜNB Positiver rebap & überdeckter BK-Saldo ÜNB zahlt an BKV Negativer rebap & unterdeckter BK-Saldo ÜNB zahlt an BKV Negativer rebap & überdeckter BK-Saldo BKV zahlt an ÜNB Über die sogenannte Bilanzkreisabrechung wird gewährleistet, dass die durch die Bilanzabweichungen verursachten Kosten an den verantwortlichen BK weitergeleitet werden. Dieser wiederum gibt die so entstandenen Kosten über die Stromrechnung an den Endverbraucher weiter. Bisher verwenden die BKV hauptsächlich eigene Erzeugungsanlagen sowie die traditionellen Strommärkte, um einen ausgeglichenen BK zu gewährleisten. Aufgrund des hohen Verwaltungs- und Erschließungsaufwands kommen DSM-Anwendungen hier bisher noch nicht zum Einsatz. Zukünftig wäre es aber auch denkbar, DSM zunehmend für diesen Zweck einzusetzen. Abbildung 5-24 zeigt den Zusammenhang zwischen Ausgleichsenergiepreisen und dem jeweiligen mittleren gewichteten Intraday-Preis.

77 Bilanzkreismanagement 71 Abbildung 5-24: Ausgleichsenergiepreise zum mittleren gewichteten Intraday-Preis (eigene Darstellung, Daten von /ÜNB-01 15/ und /EEX-01 15/) Im Jahr 2014 lag der mittlere Ausgleichsenergiepreis bei ca. 25 /MWh. Teilweise kommt es hier zu extrem hohen Ausgleichsenergiepreisen. Da bei deren Berechnung aber sowohl die im Gesamtsystem eingesetzte Regelenergie als auch die Bilanzabweichungen aller Bilanzkreise berücksichtigt werden, ist deren Höhe nicht vorhersagbar. So ist es beispielsweise möglich, dass ein BKV, obwohl er durch bspw. eine fehlerhafte Prognose ein positives BK-Saldo verursacht, dennoch über das Ausgleichspreissystem vergütet wird, wenn diese Überspeisung zufällig die Unterspeisungen von anderen BK ausgleicht und so das Gesamtsystem stützt. Insbesondere wegen dieser Unvorhersehbarkeit der resultierenden Ausgleichsenergiepreise und deren relativ niedrigem Niveau, sind die Anreize für den Einsatz von DSM im Bilanzkreismanagement zumindest unter den aktuellen regulatorischen Randbedingungen noch nicht ausreichend. Nach dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BWMi) im Juli 2015 veröffentlichten Weißbuch sieht die Bundesregierung jedoch vor, durch eine Weiterentwicklung des Bilanz- und Ausgleichsenergiesystems die Bilanzkreistreue zu stärken. Es wird geplant, die Anreize zur Bilanzkreistreue zu stärken und so die Kosten verursachergerechter zu verteilen /BMWI-03 15/. Auf Basis der Erkenntnisse aus dem Grün- und Weißbuch hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie am den Referentenentwurf eines Gesetzes zur Weiterentwicklung des Strommarktes zur öffentlichen Konsultation vorgelegt. In diesem Referentenentwurf werden Anpassungen des EnWG, des EEG, der Stromnetzzugangsverordnung (StromNZV) und weiterer Gesetze und Verordnungen vorgestellt, mit dem Ziel, dass die Stromversorgung in einem weiterentwickelten Strommarkt sicher, kosteneffizient und umweltverträglich erfolgt /BMWI-13 15/. Der Entwurf sieht unter anderem vor, das Ausgleichsenergiesystem als zentrales Instrument für eine sichere Stromversorgung mit dem Ziel weiterzuentwickeln, die BKV stärker dazu anzuhalten ihre Bilanzkreise für jede Viertelstunde auszugleichen. So ist zum Beispiel vorgesehen, den BKV im Gegensatz zur bisherigen Regelung auch ein Teil der Vorhaltekosten von Sekundär- und Minutenreserveleistung über das Ausgleichsenergiesystem direkt in Rechnung zu stellen. Diese könnte dazu führen, dass die Kosten verursachergerechter verteilt werden und so die Anreize zur Bilanzkreistreue gestärkt werden. Durch diese zusätzlichen Anreize könnte schon in naher Zukunft auch ein kurzfristiger Einsatz von DSM- Produkten von den BKV genutzt werden, um ihre Bilanzkreise auszugleichen und so eine Zahlung von Ausgleichsenergie zu umgehen.

78 72 Erlöspotenziale in Teilmärkten für DSM-Produkte 5.7 Vergleich der Teilmärkte Im vorausgegangenen Kapitel wurden alle Teilmärkte vorgestellt, auf denen ein Einsatz von DSM-Anlagen möglich ist. Neben den regulatorischen Rahmenbedingungen wurden aktuelle politische Entwicklungen beleuchtet und die Erlöspotenziale verschiedener Vermarktungsstrategien auf Basis der Realmarktdaten des Jahres 2014 untersucht. In Tabelle 5-3 sind diese Erlöspotenziale noch einmal übersichtlich dargestellt. Tabelle 5-3: Erlöspotenziale Übersicht Teilmarkt Vermarktungsstrategie (Nummer) Erlösabschätzung pro Jahr und MW Aktivierung in Stunden pro Jahr psrl seltener Abruf (1) nsrl seltener Abruf (1) psrl optimierter Arbeitspreis (2) nsrl optimierter Arbeitspreis (2) nsrl häufiger Abruf (3) pmrl seltener Abruf (1) nmrl seltener Abruf (1) pmrl optimierter Arbeitspreis (2) nmrl optimierter Arbeitspreis (2) nmrl häufiger Abruf (3) Day-Ahead-Markt Lasterhöhung in günstigen Stunden (1) (2 h/tag) Day-Ahead-Markt Lastreduktion in teuren Stunden (2) (2 h/tag) Day-Ahead-Markt Lastreduktion in extremen Stunden (3) Intraday-Markt Lasterhöhung in günstigen Stunden (1) (2 h/tag) Intraday-Markt Lastreduktion in teuren Stunden (2) (2 h/tag) Intraday-Markt Viertelstundenphänomen (3) (2 h/tag) AbLaV Angebotsstruktur vorgegeben Redispatch Bisher kein Einsatz von DSM - - Bilanzkreismanagement Bisher kein Einsatz von DSM - - Dabei gilt grundsätzlich zu beachten, dass sich die Randbedingungen für eine Erlösabschätzung in den betrachteten Märkten zum Teil stark unterscheiden, so dass ein direkter Vergleich der monetären Ergebnisse nur bedingt möglich ist. Außerdem sind manche der Vermarktungsstrategien in der Realität so nicht umsetzbar bzw. für DSM-Anlagen nicht praktikabel. Auch das gilt es bei der Beurteilung der Zahlenwerte

79 Vergleich der Teilmärkte 73 zu beachten. Für genauere diesbezügliche Auswertungen sei an diesem Punkt auf die Ausführungen in den Abschnitten zu den jeweiligen Teilmärkten verwiesen. Insgesamt kann zusammengefasst werden, dass die Vermarktung an den verschiedenen Regelenergiemärkten das höchste wirtschaftliche Potenzial besitzt. Diese Aussage deckt sich mit den Erfahrungen aus der Praxis. Die Erlösmöglichkeiten durch traditionelle Lastverschiebung am Day-Ahead- bzw. Intraday-Markt hingegen fallen eher gering aus. Durchaus vielversprechend scheint die Vermarktungsmöglichkeit Ausnutzung des Viertelstundenphänomens am Intraday-Markt. Das Erlöspotenzial dieser Strategie ist fast dreimal höher als die zuvor erwähnte traditionelle Lastverschiebung. Durch den festen Leistungspreis und die verhältnismäßig hohen Arbeitspreise stellt auch die AbLaV weiterhin eine sehr interessante Option der Vermarktung von verschiebbaren Lasten dar. Selbst bei Umsetzung der vorgeschlagenen Änderungen im Rahmen der angestrebten Novellierung der AbLaV, bleibt die Anforderung von einer Mindestleistung von 10 MW für die meisten Verbrauchsprozesse allerdings sehr hoch. Die vorgesehene Möglichkeit des Poolings könnte hier Abhilfe schaffen. Die beiden letzten Vermarktungsmöglichkeiten Redispatch und Bilanzkreismanagement wurden vorgestellt und die regulatorischen Randbedingungen erläutert. Bei beiden ist zum aktuellen Zeitpunkt noch kein Erlöspotenzial vorhanden bzw. sind die Randbedingungen derart gestaltet, dass DSM-Anlagen für eine Bereitstellung von Leistung noch nicht in Frage kommen.

80 74 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte 6 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte Konventionelle Kraftwerke sind bislang in den in Kapitel 5 betrachteten Teilmärkten für DSM-Produkte (mit Ausnahme der AbLaV) die wichtigsten Anbieter. Durch eine Anpassung der regulatorischen Randbedingungen öffnen sich diese Märkte aber auch zunehmend für neue Anbieter. Bezüglich der die Erlöspotenziale beeinflussenden Einflussfaktoren werden in diesem Bericht zunächst allgemeine energiewirtschaftliche Einflussfaktoren wie der Kernenergieausstieg oder die CO2-Preisentwicklung betrachtet. Insbesondere werden zum anderen aber auch die regulatorischen Entwicklungen mit berücksichtigt, die vom BMWi in Form des Grün- und Weißbuchs vorbereitet und nun im Referentenentwurf als Entwurf eines Gesetzes für die Weiterentwicklung des Strommarkts zur öffentlichen Konsultation vorgelegt wurden /BMWI-03 15/. Die folgende Abbildung zeigt eine Übersicht der ausgewählten Einflussfaktoren. Abbildung 6-1: Einflussfaktoren auf die zukünftige Entwicklung der Erlösmöglichkeiten an den im Projekt betrachteten Teilmärkten 6.1 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren Im Folgenden werden die einzelnen Einflussgrößen herausgegriffen und ihr Einfluss isoliert auf die Erlösmöglichkeiten von DSM in den verschiedenen Teilmärkten diskutiert. Dabei werden zunächst allgemeine energiewirtschaftliche Einflussfaktoren dargestellt und anschließend der Einfluss regulatorischer Anpassungen, wie sie im Weißbuch des Bundeswirtschaftsministeriums vorgestellt wurden, diskutiert Allgemeine energiewirtschaftliche Einflussfaktoren Steigende CO2-Preise Der EU-Emissionshandel ist ein Instrument der Europäischen Union, um die Emissionen von Treibhausgasen zu reduzieren. Es basiert auf dem cap and trade -

81 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren 75 Prinzip. So wird jährlich eine Obergrenze (cap) für alle Emissionen festgelegt und darüber die Anzahl der handelbaren Emissionszertifikate abgeleitet. Sie soll jährlich um 1,74 % der durchschnittlichen jährlichen Emissionen im Zeitraum reduziert werden, welches in einer Reduktion des Emissionsniveaus der verpflichteten Anlagen von ca. 21 % bis 2020 gegenüber dem Jahr 2005 resultiert /EU-01 13/. Derzeit werden nach /BMU-09 08/ etwa Anlagen erfasst, auf die ca. 50 % des gesamten CO2- Ausstoßes in der EU entfallen. Nachdem die ersten Jahre des EU-Emissionshandels von einem stetigen Preisverfall durch ein Überangebot an Zertifikaten geprägt waren, wurde am das lange verhandelte Backloading von der EU beschlossen. So wurden 900 Mio. Zertifikate aus dem Markt genommen, um diese nach dem Jahr 2019 wieder in diesen zurückzuführen /EUC-02 14/. Die Preise sind seither zwar gestiegen, liegen aber immer noch deutlich unter der politisch gewollten Zielmarke. Als Konsequenz wurde die sogenannte Marktstabilitätsreserve verabschiedet, die am in Kraft treten soll und unter anderem vorsieht, die vorgehaltenen 900 Mio. Zertifikate bis auf weiteres aus dem Markt zu nehmen und auf Basis einer jährlichen Ermittlung der Situation am Emissionsmarkt eine dynamische Anpassung des Angebots an Zertifikaten vorzunehmen /EUC-03 14/. Es ist deswegen mittelfristig mit einem leichten Anstieg der Zertifikatspreise zu rechnen. Höhere CO2-Preise führen zu höheren Grenzkosten der Kohle- und Gaskraftwerke. Bei den aktuell niedrigen CO2-Preisen weisen die Kohlekraftwerke geringere Grenzkosten als die Gaskraftwerke auf. Ab einem bestimmten Zertifikatspreis kommt es zum sogenannten fuel switch. Das bedeutet, dass dann Gaskraftwerke aufgrund der geringeren Emissionen niedrigere Grenzkosten aufweisen, als kohlebefeuerte Kraftwerke. Dies hat zunächst eine flachere Merit-Order zur Folge mit geringeren Preis- Spreads in den Spotmärkten. Bei darüber hinaus steigenden CO2-Preisen wird die Merit-Oder wieder steiler und die Preis-Spreads nehmen wieder zu. Auf die Erlöse an den betrachteten Teilmärkten hat ein Anstieg der CO2-Preise folgenden Einfluss: Wird davon ausgegangen, dass die Preise an den Regelleistungsmärkten maßgeblich durch Kraftwerke bestimmt werden, haben höhere CO2-Preise auf diese einen direkten Einfluss. Einerseits steigen die Arbeitspreise zur Erbringung positiver Regelenergie aufgrund der höheren Grenzkosten, was auf der anderen Seite sinkende Preise zur Bereitstellung negativer Regelenergie zur Folge hat. Das Herunterfahren von Erzeugungseinheiten bringt höhere Einsparungen für Betreiber, weshalb diese Angebote günstiger in den Markt stellen können. Andererseits wirken sich die CO2-Preise auch auf die Steilheit der Merit-Order aus, was einen direkten Einfluss auf die Leistungspreise hat. Geht man von einer steileren Merit-Order aus, steigen auch die Leistungspreise, welche Kraftwerke in den Markt stellen. Dies folgt aus den entgangenen Erlösen an den Spot-Märkten, die Betreiber bei der Leistungsrückhaltung einkalkulieren müssen. Wird die Merit-Order flacher, sinken die Leistungspreise für die

82 76 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte Vorhaltung positiver Regelleistung. Ein Einfluss der CO2-Preise auf die Leistungspreise negativer Regelleistung kann nicht direkt abgeleitet werden. Tendenziell folgt daraus, dass die Erlöspotenziale am Regelleistungsmarkt bei steigenden CO2-Preisen für positive Regelleistung für DSM steigen, während die Erlöspotenziale für negative Regelleistung sinken. Aufgrund steigender Kosten für Erzeugung aus konventionellen Kraftwerken, steigen auch die Kosten für Redispatch-Maßnahmen, die durch diese Kraftwerke erbracht werden, was wiederum eine Substitution von Kraftwerkserzeugung durch DSM begünstigt. Der Einfluss auf alle anderen Teilmärkte ist nicht eindeutig prognostizierbar, beziehungsweise hängt von der genauen Höhe der CO2-Preissteigerung ab. Steigende Brennstoffkosten Der Kraftwerkspark in Deutschland ist stark heterogen, weshalb in diesem Zusammenhang zunächst eine Differenzierung für verschiedene Brennstoffe getroffen werden muss. So existiert kein echter Markt für Braunkohle, da diese in unmittelbarer Nähe der entsprechenden Erzeugungseinheiten gewonnen wird und deren Transportkosten zu anderen Kraftwerken im Vergleich zu Steinkohle oder Erdgas viel zu hoch wären und sie damit nicht wirtschaftlich handelbar ist. Wichtig sind bei der Betrachtung der Brennstoffkosten deshalb die Energieträger Steinkohle und Erdgas. Die Schwankungen, die insbesondere im Jahr 2015 am Großhandelsmarkt für Erdgas beobachtet werden konnten, und der durch den Erdölpreisverfall bedingte Preisrückgang von Erdgas zeigt, wie volatil dieser Markt ist. Aufgrund der Endlichkeit der fossilen Brennstoffe wird davon ausgegangen, dass die Brennstoffpreise für fossile Kraftwerke in Zukunft steigen werden. Bestärkt wird diese Prognose auch dadurch, dass die Nachfrage nach fossilen Brennstoffen vor allem in Schwellen- und Entwicklungsländern in den nächsten Jahrzehnten stark zunehmen wird. Steigende Brennstoffkosten für Steinkohle und Erdgas haben zwei wesentliche Effekte auf die Merit-Order. Einerseits steigt der Preisunterschied zwischen Grundlast und Spitzenlast, da die Grundlast durch Braunkohle (und aktuell noch von Kernkraftwerken) bereitgestellt wird, während Stein- und Gaskraftwerke in Zeiten höherer Lasten eingesetzt werden. Andererseits wird die Merit-Order im Bereich der Mittellast steiler, da der Brennstoffpreis über den Wirkungsgrad direkt in die Grenzkosten eingeht, die somit für die einzelnen Kraftwerke steigen. Der Effekt auf die Arbeitspreise an den Regelleistungsmärkten ist der gleiche, wie er oben für steigende CO2-Preise ausgeführt wurde. Ein Unterschied ergibt sich in den Leistungspreisen, da eine steilere Merit-Order auch höhere Leistungspreise zur Vorhaltung positiver Regelenergie bedingen. Über den negativen Leistungspreis kann wiederum keine Aussage getroffen werden. Tendenziell ergeben sich somit am Markt für positive Regelleistung höhere Erlösmöglichkeiten, während sie am Markt für negative Regelleistung sinken.

83 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren 77 Durch die Unabhängigkeit der Grundlast von Brennstoffkostensteigerungen erhöhen sich einerseits die Preisspreads von niedrigen Lasten zu hohen Lasten und andererseits deren Häufigkeit aufgrund der steileren Merit-Order im Mittel- und Hochlastbereich. Daraus folgt eine erhöhte Attraktivität für DSM, welches in der Lage ist, solche Preisspreads auszunutzen. Es ergeben sich somit an den Spotmärkten höhere Erlösmöglichkeiten. Dies gilt in gleicher Weise, wenn zusätzliche Leistung am Intraday- Markt bereitgestellt wird. Die Kosten und damit das Erlöspotenzial für DSM im Bereich des Redispatch steigen analog zum Fall der steigenden CO2-Kosten. Kernenergieausstieg Unmittelbar nach dem atomaren Unfall in Fukushima im März 2011 beschloss die Bundesregierung den Ausstieg aus der Kernenergie. Durch das sogenannte Atom- Moratorium wurden die ältesten Kernkraftwerke stillgelegt, beziehungsweise nicht mehr in Betrieb genommen. Zudem bestätigte der Bundestag später die komplette Abschaltung aller deutschen Kernkraftwerke bis Kernkraftwerke zählen aufgrund ihrer geringen Grenzkosten zu den Grundlastkraftwerken. Zudem haben sie lange Anfahr- und Abfahrzeiten, weshalb die Anlagen nur sehr selten komplett heruntergefahren werden. Durch den Wegfall dieser Grundlastkraftwerke ergibt sich eine Verschiebung der Merit-Order. Die verbleibenden fossilen Kraftwerke werden öfter eingesetzt, wodurch das Preisniveau insgesamt ansteigt. Die Verschiebung der Merit- Order führt außerdem dazu, dass mehr flexible Kraftwerke wie Steinkohle- und Gaskraftwerke in Betrieb sind, was die Liquidität in den Kurzfristmärkten erhöht und das dortige Erlöspotenzial schmälert. Zudem fallen mit den Kernkraftwerken Kraftwerke aus dem Markt, die aufgrund ihrer hohen An- und Abfahrtskosten bereit sind, auch über längere Zeiträume bei negativen Preisen im Markt zu bleiben. Somit tragen sie zum Teil zum Vorkommen von negativen Preisen bei. Durch den Wegfall der Kernkraftwerke werden negative Preise am Markt seltener, beziehungsweise sind schwächer ausgeprägt. Dies hat eine Reduzierung von Preisspreads zur Folge, was sich negativ auf die Erlösmöglichkeiten von DSM an den Spotmärkten auswirkt. Zudem sind durch die Verschiebung der Merit-Order häufiger Kraftwerke am Netz, die flexibel auf eine kurzfristige Änderung aufgrund von Prognosefehlern reagieren können. Dadurch sinkt tendenziell der Preisspread zwischen Day-Ahead- und Intraday-Markt. Durch den höheren Anteil flexibler Kraftwerke am Markt sinkt ebenfalls der Preisunterschied, der sich im Viertelstundenhandel innerhalb einer Stunde ergibt, da diese als zusätzliche Konkurrenten in der Lage sind, diese Gradienten zu bedienen. Einen geographisch bedingten Einfluss hat die Verteilung der Kernkraftwerke über Deutschland. Da diese überwiegend im Süden in das Netz einspeisen, fallen dort Erzeugungskapazitäten weg. Dadurch steigt dort der Bedarf an Redispatch, was die Erlösmöglichkeiten von DSM erhöht.

84 78 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte (Teil-)Ausstieg Braunkohle Aufgrund der Bestrebungen zur Reduktion von Treibhausgasen wird außerdem ein (zumindest teilweiser) Ausstieg aus der Stromerzeugung durch Braunkohlekraftwerke diskutiert. Ein solcher Braunkohleausstieg hätte den gleichen Einfluss auf die betrachteten Teilmärkte wie der im vorherigen Abschnitt beschriebene Kernenergieausstieg. Dynamisierung konventioneller Kraftwerke Im Zuge des Ausbaus der erneuerbaren Energien wird oft von einem steigenden Flexibilitätsbedarf des Energiesystems zum Ausgleich der volatilen Erzeuger gesprochen. Traditionell wurde die benötigte Flexibilität im System durch Kraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke bereitgestellt. Sollen diese vermehrt zu einer Dynamisierung des Systems beitragen, müssen bestimmte technische Komponenten angepasst werden. Dies führt einerseits dazu, dass die Kraftwerke eine geringere Minimallast aufweisen, und andererseits dazu, dass Kraftwerke höhere Lastgradienten abfahren können. In Zukunft werden Kraftwerke immer flexibler betrieben werden können. Dies führt zu sinkenden Preisspreads und deshalb zu verringerten Erlösmöglichkeiten an den Spotmärkten, da seltener negative Preise erreicht werden. Zudem sinken dadurch die Erlösmöglichkeiten an allen Regelleistungsmärkten, da Kraftwerke mehr Leistung vorhalten können. Somit können auch Kraftwerke, die geringe Opportunitätskosten durch die Leistungsvorhaltung haben, mehr Leistung zurückhalten. Im Fall eines Abrufs fallen dadurch auch geringere Arbeitspreise an, da die Anbieter ihre Angebotsmenge erhöhen können. Diese zusätzliche Liquidität spiegelt sich auch in dem sinkenden Preis-Spread zwischen Day-Ahead- und Intradaymarkt wider. Durch die sinkenden Preise an den Regelenergiemärkten sinken ebenfalls die Erlösmöglichkeiten, die beim Bilanzkreismanagement entstehen. Verstärkung des Crossborder Handels Seit 1996 wurden europaweit verschiedene Gesetze und Verordnungen zur Liberalisierung und Vereinheitlichung der Energiemärkte beschlossen. Diese sollen sukzessive erweitert werden, wodurch ein paneuropäischer Energiemarkt geschaffen werden soll. In Zuge dessen soll der grenzüberschreitende Handel ausgebaut werden. Dieses Bestreben wird nicht zuletzt durch die Maßnahme Weiterentwicklung des Strommarktes europäisch einbetten im Weißbuch nochmals unterstrichen. Durch eine Ausweitung des grenzüberschreitenden Handels bis hin zu einem kompletten Zusammenschluss von verschiedenen Märkten werden je nach Fortschritt des Zusammenschlusses Nachfrage und Angebot der verschiedenen Märkte

85 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren 79 zusammengeführt. Dies führt dazu, dass die Preisniveaus der Märkte vereinheitlicht werden, wodurch die Wohlfahrt im Gesamtsystem steigt. Es wird angenommen, dass der grenzüberschreitende Handel alle betrachteten Märkte betrifft. Während es an den Spotmärkten schon länger die Möglichkeit gibt, grenzüberschreitend zu handeln, werden an den Kurzfristmärkten hierfür momentan ebenfalls die Wege geebnet /FFE-20 15/. Durch den Zusammenschluss der Regelleistungsmärkte sinken die hiesigen Preise. Auf der Angebotsseite sind die Effekte nicht eindeutig, da nicht klar ist, ob die Anbieter aus den Nachbarländern mit höheren oder niedrigeren Preisen in den gemeinsamen Markt bieten. Auf der Nachfrageseite kommt es jedoch tendenziell zu einem verminderten Bedarf, da es durch das größere Marktgebiet häufiger zu Ausgleichseffekten zwischen positivem und negativem Leistungsbedarf kommt. Diese verminderte Nachfrage senkt tendenziell die Erlösmöglichkeiten. Ebenfalls führen die durch internationale Kooperationen reduzierbaren Kosten der Regelenergieabrufe dazu, dass das Erlöspotenzial im Bereich des nationalen BKM sinkt. An den Spotmärkten sinken die Spreads, da die Merit-Order durch die erhöhte Zahl an Erzeugern tendenziell flacher wird und sich durch Ausgleichseffekte von Last und Erzeugung durch erneuerbare Energien zudem seltener Sprünge in der Residuallast ergeben. Dadurch verringern sich ebenfalls die Gradienten in der Residuallast, die für den 1/4h-ID-Spread verantwortlich sind, wodurch dieser Markt an Attraktivität verliert. Geht man von einem Zusammenschluss von zwei Märkten aus, ohne dass die Übertragungskapazitäten erhöht werden, steigt der Bedarf an Redispatch innerhalb dieses Marktgebiets an, da die Netze derzeit nicht auf einen einheitlichen Markt ausgelegt sind. Besteht, wie es heute der Fall ist, weiterhin die Möglichkeit, dass beim Erreichen der Kuppelkapazitäten ein Market-Decoupling stattfindet, so entsteht hierdurch kein erhöhter Redispatchbedarf. Netzausbau Im Netzentwicklungsplan der Übertragungsnetzbetreiber ist beschrieben, dass die Übertragungskapazitäten in Deutschland ausgebaut werden sollen. Der Ausbau der Höchstspannungsübertragungsleitungen in Deutschland reduziert die Engpässe im Netz, die den Einsatz von Redispatch-Maßnahmen und die Abschaltung von Betrieben nach AbLaV verringern. Auf den Stromspotmarkt hat er jedoch keinen unmittelbaren Einfluss, da der Handel an diesen Märkten ohne eine Berücksichtigung der Netzinfrastruktur stattfindet. Ein verzögerter Netzausbau könnte sich jedoch direkt auf die Märkte auswirken, falls dies zu einer Aufteilung von Strompreiszonen in Deutschland führen würde. In diesem Fall findet eine Preisfindung innerhalb der beiden Strompreiszonen statt. Werden die Übertragungskapazitäten zwischen den Zonen nicht ausgereizt, bildet sich in beiden Zonen der gleiche Preis. Reichen die Übertragungskapazitäten hingegen nicht aus, so bilden sich unterschiedliche Preise. Dieser Netzengpass wird bei nur einer bestehenden Preiszone wie aktuell in Deutschland durch Engpassmanagement (in diesem Fall vor allem Counter-Trading und Redispatch) behoben Da heute hauptsächlich im Süden Deutschlands eine

86 80 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte Leistungserhöhung angefordert wird, ist davon auszugehen, dass sich im Fall von zwei Preiszonen der mittlere Strompreis im Süden erhöhen würde. Ausbau der erneuerbaren Energien Durch die Vorgabe von Ausbauzielen für erneuerbare Energien zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Energiesektor und durch die garantierte Einspeisevergütung von Photovoltaik- und Windeinspeisung erfolgte in Deutschland in den letzten Jahren ein starker Ausbau von regenerativen Energieerzeugern. Aufgrund der Vorgabe der Bundesregierung, die Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 % und bis 2050 um 80 %- 95 % gegenüber 1990 zu reduzieren, kann davon ausgegangen werden, dass weiterhin ein starker Ausbau der Erneuerbaren stattfinden wird. Aufgrund der höheren Dynamik der Residuallast und der möglichen Prognosefehler führt die Einspeisung dieser volatilen Erzeuger zu einem zusätzlichen Flexibilitätsbedarf. Somit ergeben sich einerseits ein erhöhter Bedarf zur Leistungsvorhaltung an Regelleistungsmärkten und andererseits ein tendenziell erhöhter Abruf dieser Leistung, woraus ein gesteigertes Erlöspotenzial resultiert. Zudem steigt der Bedarf eines Ausgleichs im Intraday-Markt, wodurch sich ebenfalls höhere Erlöse im Teilmarkt DA-ID-Spread ergeben. Tendenziell steigen durch die höhere Einspeisung aus erneuerbaren Energien zudem die untertägigen Unterschiede in der Residuallast, wodurch sich auch am Day-Ahead-Markt höhere Preisspreads ergeben. Da der Ausbau der Erneuerbaren in Deutschland derzeit nicht über das Marktgebiet gleichmäßig verteilt stattfindet und auch das Dargebot an Wind und Sonne nicht zu allen Zeitpunkten in Deutschland gleich ist, erhöht sich ohne Netzausbau außerdem der Bedarf an Redispatch, wodurch sich in diesem Teilmarkt zusätzliche Erlöspotenziale ergeben. Neue Anbieter von Flexibilität Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass sich durch regulatorische Anpassungen und durch technische Fortschritte bedingte Kostenreduktionen weitere Flexibilitäten in den Märkten etablieren werden. So hat beispielsweise die technische Entwicklung im Bereich der Batteriespeicher in den letzten Jahren zu deutlichen Kostenreduktionen geführt, was die Verhältnisse im Bereich des Primärregelleistungsmarktes mittelfristig nachhaltig verändern wird. Ähnliche negative Auswirkungen dürften in diesem Zusammenhang auch die Entwicklung weiterer Speichertechnologien oder auch Power2Heat-Anlagen auf das Erlöspotenzial in fast allen der betrachteten Teilmärkte haben.

87 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren Umsetzung der Weißbuch-Maßnahmen Freie Preisbildung am Strommarkt garantieren Die freie Preisbildung im Strommarkt 2.0 soll dazu beitragen, dass Preissignale ungehindert an die Akteure im Markt weitergetragen werden. Hierdurch können sich gelegentliche Preisspitzen ergeben, die eine Knappheitssituation widerspiegeln. Diese Preisspitzen sollen wiederum Akteuren als Anreiz für Investitionen dienen. Eine unterstützende Maßnahme hierzu ist die Maßnahme Kartellrechtliche Missbrauchsaufsicht transparenter machen, mit der sichergestellt werden soll, dass Unternehmen Mark-ups (Preise über Grenzkosten) verlangen können, ohne Gefahr zu laufen, unwissentlich ihre Marktmacht zu missbrauchen. Durch die so zugelassenen, gelegentlichen Preisspitzen erhöhen sich die Erlösmöglichkeiten in fast allen Märkten entweder direkt aufgrund höherer Preisspreads (DA-Spread, DA-ID-Spread, 1/4h-ID-Spread) oder indirekt aufgrund des Opportunitätskostenansatzes bei der Gebotsabgabe bzw. bei der Entschädigung (positive Regelleistungsmärkte, Redispatch). Ein Einfluss auf die Erlösmöglichkeiten für die Teilmärkte AbLaV, negative RL und BKM ist hingegen nicht zu erkennen. Bilanzkreistreue stärken Durch eine Veränderung der Berechnung des Ausgleichsenergiepreises soll die Bilanzkreistreue gestärkt werden. Hierdurch ergeben sich aufgrund des erhöhten Anreizes, die Abweichungen innerhalb des Bilanzkreises zu reduzieren, zusätzliche Erlösmöglichkeiten bei der Bereitstellung von DSM zur Bilanzkreisbewirtschaftung. Bilanzkreise für jede Viertelstunde abrechnen Obwohl derzeit bereits eine viertelstündliche Abrechnung von Bilanzkreisen stattfindet, ist gesetzlich nicht für alle Fälle geregelt, dass Bilanzkreise abgerechnet werden. Aus diesem Grund soll sichergestellt werden, dass Bilanzkreisverantwortliche in allen Fällen, auch wenn Übertragungsnetzbetreiber aufgrund der Systemstabilität kurzfristig eingreifen müssen, haftbar gemacht werden. Dies sollte keine wesentlichen Änderungen im Markt verursachen und lediglich für Rechtssicherheit sorgen.

88 82 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte Regelleistungsmärkte für neue Anbieter öffnen Es wird vorgesehen, dass die Präqualifikationsbedingungen an den Regelleistungsmärkten weiter vereinfacht werden und dadurch der Markt für neue Anbieter geöffnet wird. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass sich dadurch die Liquidität am Markt erhöht, wodurch die Erlösmöglichkeiten für Anbieter, die bereits am Markt agieren, sinken. DSM-Anbietern, welchen der Markt durch diese Maßnahme erst geöffnet wird, bieten sich hingegen neue Erlösmöglichkeiten. Da die Kosten, die durch den Abruf von Regelenergie entstehen, über das Ausgleichsenergiesystem auf die das Systemungleichgewicht verursachenden BKV umgewälzt werden, hat diese Maßnahme auch einen entsprechenden Einfluss auf das Erlöspotenzial für DSM in diesem Bereich. Regeln für die Aggregation flexibler Stromverbraucher klären Diese Maßnahme sieht vor, dass durch Bündelung von kleinen und mittelgroßen DSM- Anbietern zusätzliche Potenziale bereitgestellt werden. Dies ermöglicht vielen potenziellen Akteuren den Markteintritt, erhöht hingegen auch die Liquidität in den Märkten, was die Erlösmöglichkeiten für einzelne Akteure, die bereits am Markt teilnehmen, reduziert. Verbreitung der Elektromobilität unterstützen Durch die Verbesserung der Rahmenbedingungen für Investitionen in die Ladestruktur von Elektrofahrzeugen und einen diskriminierungsfreien Zugang soll auch zusätzliche Flexibilität im Strommarkt bereitgestellt werden. Gegenüber dem DSM in der Industrie stellt diese Flexibilität eine Konkurrenztechnologie dar. Je nachdem, an welchen Märkten diese Technologie eingesetzt werden kann, verringert sich dadurch das Erlöspotenzial von DSM in der Industrie. Vermarktung von Netzersatzanlagen ermöglichen Netzersatzanlagen (NEA) dienen derzeit der Absicherung der Stromversorgung lokaler Verbraucher. Sie speisen in der Regel nicht in das Netz ein. Künftig sollen sie jedoch

89 Charakterisierung der ausgewählten Einflussfaktoren 83 verstärkt am Strommarkt teilnehmen können. Dies stellt in allen Märkten eine Konkurrenz gegenüber dem DSM dar, weshalb sich hierdurch die Erlöspotenziale an den Märkten, an denen positive Energie vermarktet wird, verringern. Aufgrund der hohen Grenzkosten von Netzersatzanlagen kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Einflüsse auf die Spotmärkte vernachlässigbar sind. Smart-Meter schrittweise einführen Durch einen bundesweiten Smart-Meter Roll-out kann zukünftig bedarfsorientierter auf verschiedene Marktsituationen reagiert werden. Durch die damit einhergehende Möglichkeit, Preissignale an Verbraucher weiterzugeben, sollen zusätzliche Flexibilitätspotenziale erschlossen werden. Die Einbindung dieser Potenziale in die verschiedenen Märkte senkt grundsätzlich ebenfalls die Erlösmöglichkeiten für DSM in allen betroffenen Märkten. In welchen der Märkte die Laststeuerung von Letztverbrauchern tatsächlich zum Einsatz kommen wird, ist jedoch noch nicht absehbar. Netzausbaubedarf durch Spitzenkappung von Erneuerbare-Energien-Anlagen reduzieren Bisher ist durch das EEG festgelegt, dass die komplette Erzeugung aus erneuerbaren Energien in das Netz eingespeist wird. Ist dies beispielsweise aufgrund von Netzengpässen nicht möglich, werden die entsprechenden Anlagen abgeregelt und anschließend für die abgeregelte Energiemenge entschädigt. Der Bedarf für den Netzausbau orientierte sich bislang daran, diese Engpässe vollständig zu vermeiden. Durch diese Weißbuch-Maßnahme wird zukünftig eine Abregelung der erneuerbaren Energien begrenzt in Kauf genommen. Hierdurch werden die Übertragungsnetze weniger stark ausgebaut als dies ohne die Maßnahme notwendig wäre. Somit kann zukünftig mit vermehrtem Redispatch gerechnet werden. Ein Einfluss auf die Erlöspotenziale in den anderen DSM-Teilmärkten ist nicht zu erwarten. Kraft-Wärme-Kopplung in den Strommarkt integrieren Diese Maßnahme sieht vor, die Ausbauziele für KWK zu reduzieren und sie stärker als aktive Teilnehmer in den Strommarkt zu integrieren, wo sie zusätzlich Flexibilität bereitstellen sollen. Sind KWK-Anlagen zukünftig stärker auf Einnahmen aus der Bereitstellung von Flexibilität angewiesen, stellen sie ebenfalls eine Konkurrenz zu

90 84 Zukünftige Entwicklung der Teilmärkte und ihrer Erlösmöglichkeiten für DSM-Produkte DSM dar, wodurch die Erlösmöglichkeiten an allen betroffenen Märkten reduziert werden Umsetzung der Weißbuch-Maßnahmen ohne direkten Einfluss auf die Teilmärkte Besondere Netzentgelte für mehr Lastflexibilität öffnen Im Weißbuch wird ein besonderes Netzentgelt für mehr Lastflexibilität beschrieben. Dies führt dazu, dass der Einsatz von DSM in allen Bereichen rentabler wird, da die Einschränkungen, beispielsweise durch ein Jahr im Voraus festgelegte Zeitfenster für atypische Netznutzung, einen flexiblen Betrieb von Großverbrauchern behindert. Ein direkter Einfluss auf die beschriebenen Teilmärkte ist jedoch nicht ableitbar. Zusätzliche Markteintritte führen einerseits voraussichtlich zu sinkenden Preisen und andererseits sinkt das Risiko einer Netzentgelterhöhung durch eine ungewollte Lastspitze. Die folgenden, im Weißbuch dargelegten Maßnahmen, werden weder auf die generellen Erlöspotenziale an den betrachteten Märkten noch auf die Vermarktung von DSM im Allgemeinen einen Einfluss haben: Zielmodell für staatlich veranlasste Preisbestandteile und Netzentgelte entwickeln Mindesterzeugung evaluieren Versorgungssicherheit überwachen Mehr Transparenz über Strommarktdaten schaffen Kapazitätsreserve einführen Netzreserve weiterentwickeln 6.2 Zusammenfassung der Einflussfaktoren Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über alle zuvor beschriebenen Faktoren und deren Einfluss auf die Erlöspotenziale in den betrachteten Teilmärkten.

91 Zusammenfassung der Einflussfaktoren 85 Tabelle 6-1: Übersicht über die betrachteten Einflussgrößen Einflussgröße nsrl psrl nmrl pmrl DA- Spread DA-ID- 1/4h-ID- Spread Spread AbLaV Redispatch BKM Steigende CO 2 -Preise Steigende Brennstoffkosten Kernenergieausstieg (Teil-)Ausstieg Braunkohle Dynamisierung konv. KW Crossborder Handel Netzausbau Ausbau EE / / / / + / / / / + / / + / / + / / + / / + / / / / + - / / / / / / / - - / / + + Neue Anbieter von Flexibilität Freie Preisbildung Bilanzkreistreue stärken BKA viertelstündlich / + / / + / / / / / / / / / / + / / / / / / / / / + REM für neue Anbieter / / / / / - Aggregation flexibler Stromverbraucher Verbreitung E-Mob / - - Vermarktung NEAs / - / - / / / / - - Smart-Meter einführen / - - Spitzenkappung EE / / / / / / / / / + KWK in Strommarkt / - - Nach den hier aufgezählten Trends und Entwicklungen zeichnet sich in vielen Bereichen eine zunehmende Flexibilisierung ab. Diese steht immer in Konkurrenz zu der Flexibilität, die über DSM zur Verfügung gestellt werden kann. Nach Tabelle 6-1 können somit mehr Einflussgrößen identifiziert werden, die für einen Rückgang des Erlöspotenzials sprechen. Allerdings ist die Gewichtung der Einflussfaktoren nicht eindeutig quantifizierbar, so dass eine zuverlässige Prognose der tatsächlichen Entwicklungen nicht möglich ist.

92 86 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 7 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz In Hinblick auf den industriellen Energieverbrauch ist neben der Fokussierung auf Energieeffizienzmaßnahmen auch die Bereitstellung von Flexibilität durch DSM- Produkte bedeutsam für eine erfolgreiche Energiewende. Daher zeigt dieses Kapitel die Zusammenhänge zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz. 7.1 Die Bedeutung von Energieeffizienz und DSM in ausgewählten Zielszenarien Zunächst stellt sich die Frage, inwiefern die beiden Stellschrauben Flexibilität und Energieeffizienz in den Konzepten für die zukünftige Energieversorgung berücksichtigt werden. Hierzu wurden zwei Studien von hoher politischer Bedeutung, ergänzt um ein weiteres Szenario mit 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen, ausgewertet. Die Studien sind: Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung, BMWi 2010 /BMWI-04 10/ Entwicklung der Energiemärkte Energiereferenzprognose, BMWi 2014 /BMWI-01 14/ Energieziel 2050: 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen, UBA 2010 /UBA-08 10/ Den ersten beiden Studien /BMWI-04 10/, /BMWI-01 14/ ist gemein, dass vorgegebene Mindest-Ziele (z. B. CO2-Minderung oder Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung) so erreicht werden sollen, dass die volkswirtschaftlichen Kosten hierfür minimiert werden. Für die Berechnung der verschiedenen Pfade wird hierzu eine Vielzahl an Annahmen getroffen, die als Eingangsdaten in das Modell einfließen. Die dritte Studie /UBA-08 10/ verfolgte den Ansatz des Nachweises der technischen Machbarkeit, d. h. hier wurde keine Kostenoptimierung durchgeführt, sondern dem System im Jahr 2050 gewisse Erzeugungen und Flexibilitäten vorgegeben, so dass eine Stromerzeugung mit 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen möglich ist. In /BMWI-04 10/ wird der Aspekt der Energieeffizienzsteigerung in einem Teil der Szenarien als jährliche Effizienzsteigerung vorgegeben, in dem anderen Teil wird diese Größe endogen bestimmt. Das DSM-Potenzial wird vorgegeben und als notwendige Folge der Entwicklungen im Stromsektor in den Szenarien auch genutzt. In /BMWI-01 14/ ist die Steigerung der Energieeffizienz ein Ergebnis der Modellierung, wobei hier die Kosten zur Erschließung und die Einsparung durch die Umsetzung von DSM berücksichtigt werden. Es wird hierbei unterstellt, dass es der Politik gelingt, in vielen Bereichen bestehende Hemmnisse zu überwinden. Die DSM-Potenziale sind in dem Modell mit Kosten verbunden und stehen im Wettbewerb mit Speicherinvestitionen. Je nach Szenario stellen sich unterschiedlich hohe Nutzungen dieser Potenziale ein. Zum Beispiel werden im Jahr 2050 im Zielszenario 26 TWh und im Trendszenario 18 TWh elektrische Energie mittels DSM-Prozessen verschoben.

93 Die Bedeutung von Energieeffizienz und DSM in ausgewählten Zielszenarien 87 In /UBA-08 10/ werden die Effizienzsteigerungen bis 2050 vorgegeben, hierbei wird angenommen, dass die Minderungspotenziale bis 2050 nahezu vollständig erschlossen sind. Diese ergeben sich aus der erwarteten vollständigen Durchdringung des Anlagen-, Geräte-, und Gebäudebestandes mit den besten, heute am Markt verfügbaren Techniken. Im Bereich der DSM-Potenziale von industriellen Verbrauchern werden 1,5 GW genutzt, diese allerdings ausschließlich für die Bereitstellung von Minutenreserve. Dies ist kein Optimierungsergebnis, sondern wird in dem Szenario fix vorgegeben. Allen Studien ist gemein, dass die Abhängigkeiten zwischen den beiden Größen Energieeffizienz und DSM nicht berücksichtigt werden. Ziele bezüglich Steigerung der Energieeffizienz werden teilweise berücksichtigt, jedoch nicht im Sinne der Zielfunktion, sondern im Bereich der Eingangsdaten (z. B. vorgegebene jährliche Einsparungen). Die Nutzung von DSM ist hingegen in den Szenarien nicht als Ziel berücksichtigt, sondern wird entweder vorgegeben, um die Integration der erneuerbaren Energien zu erleichtern oder setzt sich in Konkurrenz zu Speichertechnologien als günstigere Option durch. Flexibilisierung wurde als eigenständiges Ziel im Weißbuch Ein Strommarkt für die Energiewende /BMWI-03 15/ formuliert. Für eine sichere Stromversorgung werden mehr flexible Kapazitäten angestrebt, die durch die Änderungen hin zum Strommarkt 2.0 in Lösung gehen sollen. Soll in der Optimierung des zukünftigen Energiesystems Energieeffizienz über die üblicherweise unterstellten Steigerungen und/oder DSM ein höherer Stellenwert zugerechnet werden, stellt sich die Frage, wie dies bei der Formulierung der Zielfunktion berücksichtigt werden kann. In den veröffentlichten Szenarien wird die Zielfunktion i. d. R. nicht mathematisch ausgedrückt. In dem FfE-Projekt Merit-Order der Energiespeicher in 2030 /FFE-16 15/ wird der Zubau von DSM in Konkurrenz zu anderen Speichertechnologien für das Jahr 2030 modelliert. Ebenfalls wie in /BMWI-04 10/ und /BMWI-01 14/ wird hierbei ein Minimum der volkswirtschaftlichen Kosten als Zielfunktion gewählt. Hierbei wird die lineare Optimierung zur Minimierung der Kosten unter Berücksichtigung der Nebenbedingungen angewendet. Die Zielfunktion c T x setzt sich aus dem Kostenvektor c T und dem Ergebnisvektor x mit den Optimierungsvariablen zusammen. Zusätzlich gelten für den Ergebnisvektor eine untere und obere Beschränkung, wie z. B. die maximal installierte Leistung. Über die Nebenbedingungsmatrix A werden Eigen- und Systembedingungen über linke und rechte Grenzen definiert, die Unter- und Obergrenzen der möglichen Ausprägungen entsprechen. Mathematisch ist dieser Zusammenhang in der folgenden Gleichung beschrieben. min{c T x b l A x b r, d ub x d ob } x : c : A: b : l : b r : d ub : d ob Ergebnisvektor mit Optimierungsgrößen Kostenvektor Nebenbedingungsmatrix Linke Grenze der Nebenbedingungen Rechte Grenze der Nebenbedingungen Untere Beschränkung des Ergebnisvektors Obere Beschränkung des Ergebnisvektors

94 88 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Eine höhere Effizienz in der Nebenbedingungsmatrix kann z. B. in der Optimierung dazu führen, dass die Spitzenlast sinkt und in der Folge (bei einem bestehenden Kraftwerkspark und Netzausbau) der Einsatz von DSM als Flexibilitätsoption die Kosten der Strombereitstellung weniger stark senkt, da ausreichend Kapazitäten zur Deckung der Spitzenlast zur Verfügung stehen. Die Bereitstellung von Systemdienstleistungen, wie z. B. Regelleistung, kann hiervon jedoch auch unberührt sein oder sogar durch DSM kostengünstiger werden, da weniger konventionelle Kraftwerke am Netz sind, welche die Regelleistung kostengünstig bereitstellen können. Das Zusammenspiel zwischen Energieeffizienz und DSM aus Systemsicht ist somit nicht eindeutig und bedarf weiterer Untersuchungen. Wird nun eine Steigerung der Energieeffizienz als Ziel vorgegeben, ist dies durch eine entsprechende Nebenbedingung möglich, wie z. B. jährliche Steigerung der Energieeffizienz um einen bestimmten Prozentsatz. Alternativ oder ergänzend könnte der Kostenvektor erweitert werden und die Steigerung der Effizienz und der damit verbundenen Veränderung der Last eingepreist werden. Ob eine Einsparung der Last durch Effizienzsteigerung oder deren Deckung aus Systemsicht günstiger ist, ist ein Ergebnis der Optimierung. Im Falle von DSM kann ebenfalls durch eine entsprechende Nebenbedingung ein gewisser Mindestanteil von Flexibilität im System als vorgegebenes Ziel sichergestellt werden. Wird DSM als Flexibilität ein grundsätzlicher Mehrwert zugeschrieben, der über die Stromgestehungskosten im Gesamtsystem hinausgeht, kann DSM im Kostenvektor mit negativen Kosten berücksichtigt werden. 7.2 Methodische Vorgehensweise zur Bestimmung der Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz Im folgenden Abschnitt werden die Einflüsse von DSM auf die Energieeffizienz sowie die Produktqualität untersucht. Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz Zunächst wird analysiert, ob es Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz gibt. Falls dies der Fall ist, werden diese quantitativ dargestellt. Dabei können sowohl positive als auch negative Einflüsse auf die Energieeffizienz auftreten. Folgende Prozess- und Querschnittstechnologien werden im Detail untersucht: Stromintensive Prozesse o Papierherstellung: o Chlorherstellung: o Zementproduktion: o Stahlerzeugung: o Primäraluminiumproduktion: Holzschleifer Chlorelektrolyse Roh- und Zementmühlen Elektrolichtbogenofen Aluminiumelektrolyse Querschnittstechnologien o Druckluftkompressoren o Kältemaschinen o Pumpen o Lüftungsanlagen o Beleuchtungsanlagen

95 Methodische Vorgehensweise zur Bestimmung der Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz 89 o P2H (Elektro-, Elektrodenkessel, elektrischer Heizstab) Zunächst erfolgt eine Unterscheidung nach Verschieben und Teillastbetrieb. Im Fall des reinen Verschiebens ist in den meisten Fällen keine Effizienzverschlechterung zu erwarten, da lediglich der Prozess zeitlich verschoben wird (Ausnahmen werden im Abschnitt Ergebnisse erläutert). Der Teillastbetrieb hingegen kann aus unterschiedlichen Gründen auftreten. Für die Ausweisung des Einflusses von DSM auf die Energieeffizienz wird daher der Gesamtwirkungsgrad im Teillastbetrieb betrachtet, wobei neben der Veränderung des jährlichen Energieverbrauchs auch speziell die Veränderung der Einzelwirkungsgrade der jeweiligen betroffenen Technologien und Prozesse in die Berechnung eingehen. Folgende Betriebsweisen können auftreten: Bei der Vorhaltung positiven Leistungspotenzials befindet sich eine Anlage im Volllastbetrieb oder hohem Teillastbetrieb, so dass eine Leistungsreduktion oder Abschaltung möglich ist. Das Aktivieren des positiven Leistungspotenzials bedeutet, dass eine Anlage aus dem Nennbetrieb oder hohen Teillastbetrieb in einen (geringeren) Teillastbetrieb überführt wird. Dieser Vorgang wird im Folgenden Abruf des positiven Leistungspotenzials genannt. Bei der Vorhaltung negativen Leistungspotenzials befindet sich eine Anlage im geringen Teillastbetrieb oder im ausgeschalteten Zustand, so dass eine Leistungserhöhung oder Zuschaltung möglich ist. Das Aktivieren des negativen Leistungspotenzials bedeutet, dass eine Anlage aus dem (geringen) Teillastbetrieb in einen höheren Teillastbetrieb oder Volllastbetrieb überführt wird. Dieser Vorgang wird im Folgenden Abruf des negativen Leistungspotenzials genannt. Bei den angeführten Betriebsweisen handelt es sich zunächst um eine rein theoretische Betrachtung, zumal die praktische Umsetzbarkeit von realen Gegebenheiten und den Charakteristika der Technologien abhängig ist. Beispielsweise kann das Anbieten von negativem Leistungspotenzial zu folgender Betriebsweise führen: Zunächst ist für die Vorhaltung des negativen Leistungspotenzials ein Teillastbetrieb erforderlich, der Abruf führt zu einer Erhöhung des Leistungsbezugs auf Volllastbetrieb. Für das Anbieten positiven Leistungspotenzials wird die o. g. Betriebsweise umgekehrt: Die Vorhaltung erfordert einen Volllastbetrieb, während bei Abruf in den Teillastbetrieb gewechselt wird. Da sich bei Voll- und Teillastbetrieb jedoch unterschiedliche Arbeitspunkte je Technologie (und Anlage) ergeben, wird untersucht, welche Einflüsse auf den Gesamtwirkungsgrad vorhanden sind und wie sich diese bei unterschiedlichen Abrufhäufigkeiten auf den Gesamtwirkungsgrad der jeweiligen Technologie auswirken. Zudem wird berücksichtigt, dass bei Vermarktung positiver Leistung ggf. ein Nachholbedarf sowohl bei stromintensiven Prozessen (am Ende des Jahres muss die geplante Produktionsmenge produziert worden sein) als auch bei Querschnittstechnologien (Kältespeicher muss z. B. wieder benötigtes Temperaturniveau aufweisen) besteht. Im ersten Schritt werden ggf. wirkende Einflüsse auf den Gesamtwirkungsgrad identifiziert. Dies sind: Zusätzliche An- und Abfahrvorgänge Teillastwirkungsgrad des elektrischen Antriebs

96 90 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Teillastwirkungsgrad der Technologie selbst (z. B. Pumpe, Ventilator) Teillastwirkungsgrad der Kraftübertragung Erhöhte Wärmeverluste (Wärmespeicher) bzw. erhöhter Wärmeeintrag (Kältespeicher) durch Anheben oder Absenken des Solltemperaturniveaus Da zusätzliche An- und Abfahrvorgänge im Vergleich zur Abrufdauer i. d. R. sehr gering sind, werden diese für die nachfolgende Betrachtung vernachlässigt. Anschließend wird der Gesamtwirkungsgrad je Technologie für die verschiedenen Arbeitspunkte bestimmt. Um typische Vermarktungsoptionen abbilden zu können, wird folgender vereinfachter Ansatz gewählt: Es erfolgt eine Variation der jährlichen Abrufdauer und Vorhaltezeit, wie sie in nachfolgender Tabelle dargestellt ist: Tabelle 7-1: Variation von Vorhaltezeit und jährlicher Abrufdauer Vorhaltezeit in h/a Jährliche Abrufdauer in h/a Die Vorhaltezeit ist zum einen abhängig vom Schichtmodell des jeweiligen Unternehmens, zum anderen abhängig von der zu vermarktenden Technologie. Die Veränderung der jährlichen Abrufdauer stellt dar, dass je nach Markt und Vermarktungsstrategie unterschiedliche Einsatzweisen angewandt werden. Nachfolgend wird, bezugnehmend auf die Ergebnisse in Kapitel 5.7 dargestellt, welche Einsatzstrategien in etwa der Teilnahme an unterschiedlichen Märkten entsprechen: Abruf von 10 Stunden: o psrl (Strategie 1) o nsrl (Strategie 1) o AbLaV o Hinweis: bei SRL kam es teilweise zu noch geringeren Abrufen Abruf von 100 Stunden: o nmrl (Strategie 2) o Day Ahead (Strategie 3) Abruf zwischen 100 und 1000 Stunden: o nsrl (Strategie 2) o pmrl (Strategie 2) o nmrl (Strategie 3) o Spotmarkt (alle Strategien von Day-Ahead und Intraday mit Ausnahme Day Ahead Strategie 3) Deutlich über Stunden: o psrl (Strategie 2) o nsrl (Strategie 3)

97 Datenbasis 91 Die errechnete Anzahl an Abrufen je Vermarktungsart wurde theoretisch ermittelt. Im Hinblick auf die tatsächliche Vermarktung von Anlagen kann es sein, dass einzelne Vermarktungsarten in der Realität nicht zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann dies bei einem Abruf von deutlich über Stunden der Fall sein. Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Abschnitt eine theoretische Betrachtung der Einflüsse von DSM auf die Energieeffizienz erfolgt. Es werden sowohl die Vermarktung positiven als auch negativen Leistungspotenzials betrachtet. Ausnahmen bilden hier Betriebsweisen, welche aufgrund fehlender Speichermöglichkeiten lediglich zu einem Mehrverbrauch an Energie führen würden, wie es beispielsweise bei der Erhöhung der Beleuchtungsstärke der Fall wäre. Auswirkungen von DSM auf die Produktqualität Eine DSM-Vermarktung kann neben der Beeinflussung der Energieeffizienz auch Auswirkungen auf z. B. die Produktqualität haben. Dabei wird unterschieden zwischen einem Produkt, welches das Ergebnis eines Produktionsprozesses darstellt, und einem Medium als Nebenprodukt, welches zur Herstellung des eigentlichen Produkts benötigt wird. Beispielsweise können Luft, Kälte oder Wärme als Nebenprodukte bezeichnet werden, welche für den eigentlichen Produktionsprozess erforderlich sind. Es darf keine Beeinflussung der Produktqualität (hier: hergestelltes Gut) durch DSM stattfinden. Höchste Priorität im Unternehmen hat die Produktion von Waren, würde sich DSM auf die Qualität dieser Güter auswirken, würde dies dazu führen, dass keine DSM- Vermarktung realisiert würde. Bei Querschnittstechnologien hingegen kann eine geringfügige Beeinflussung der Medienversorgung (z. B. Wärme oder Kälte) stattfinden, ohne dass dies Auswirkungen auf den eigentlichen Produktionsprozess hat. Es wird anhand konkreter Beispiele eine qualitative Analyse möglicher Einflussfaktoren auf die einzelnen Querschnittstechnologien durchgeführt und aufgezeigt, ob es aufgrund der DSM- Vermarktung zu Qualitätseinbußen kommt. 7.3 Datenbasis Zur Bewertung des Einflusses von DSM auf stromintensive Prozesse werden Ergebnisse anderer FfE Projekte genutzt, in welchen u. a. Befragungen von Betrieben erfolgten /FfE-16 15, FFE-31 14, FFE-09 13, TNS-01 14/. Erfahrungen aus der Energieeffizienzberatung der FfE (Betriebsbegehungen), EU- Vorgaben zu Wirkungsgraden von elektrischen Antrieben u. a. im Voll- und Teillastbetrieb sowie eine Literaturrecherche dienen als Eingangsgrößen zur Ermittlung der Wirkungsgradveränderung in Abhängigkeit des Arbeitspunktes. Für die Variation der Vermarktungsoptionen dienen Erfahrungen aus der Energieeffizienzberatung der FfE (Schichtmodelle), Befragungen von Betrieben und Vermarktern und Analysen verschiedener Vermarktungsstrategien (jeweils im Rahmen anderer FfE-Projekte) als Grundlage.

98 92 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 7.4 Ergebnisse Die Ergebnisse der Analysen werden in Form einer Wirkungsgradverschlechterung oder -verbesserung tabellarisch und graphisch dargestellt. Die Wirkungsgradveränderung wird jeweils in Prozent angegeben. Da der Wirkungsgrad im Ist-Zustand aus Datenschutzgründen jeweils auf 100 % skaliert wird, sind die ausgewiesenen Wirkungsgradveränderungen als relative Veränderung und nicht als Prozentpunkte zu interpretieren Auswirkungen der Flexibilisierung von stromintensiven Prozessen auf die Energieeffizienz Nachfolgende Tabelle zeigt die für eine DSM-Vermarktung geeigneten stromintensiven Prozesse. Dargestellt sind sowohl der Ist-Zustand bzw. der typische Betriebsfall sowie die Vermarktungsart (theoretische Betrachtung). Die Angaben zu Vorhaltung und Abruf gelten für den typischen Betriebsfall, in den meisten Fällen wird unter Volllast produziert und positives Leistungspotenzial vermarktet, so dass bei einem Abruf eine Abschaltung oder ein Teillastbetrieb die Folge ist. Tabelle 7-2: Typische Betriebsweise stromintensiver Prozesse und Änderung der Betriebsweise bei DSM-Vermarktung Anlage Ist-Zustand Vermarktungsart Vorhaltung Abruf Vorhaltezeit 1 Einfluss auf Energieeffizienz 2 Holzschleifer Volllast + / - Leistung Volllast Abschaltung h/a - / - 3 Zementmühle Volllast + / - Leistung Volllast Abschaltung h/a - / - 3 Aluminiumelektrolyse Volllast + / - Leistung Volllast Teillast h/a < -0,1 % / < -5 % Chlorelektrolyse Voll- / Teillast + / - Leistung Voll-/Teillast Voll-/Teillast h/a < 0,1 % / < -0,1% Elektrolichtbogenofen Volllast + / - Leistung Volllast Abschaltung h/a < -1 % / < 0,1% 4 1 Vorhaltezeit ähnlich hoch wie jährliche Produktionszeit, in Anlehnung an /FfE-16 15/ 2 Angaben gelten für 100 h/a Abruf 3 Kein Einfluss von DSM auf die Energieeffizienz, da hier lediglich eine zeitliche Verschiebung des Gesamtprozesses stattfindet 4 Abschaltung Elektrolichtbogenofen: erhöhte Wärmeverluste verursachen Wirkungsgradverschlechterung Theoretisch ist es bei allen stromintensiven Prozessen möglich, sowohl positives als auch negatives Leistungspotenzial anzubieten. In der Praxis wird jedoch überwiegend positives Leistungspotenzial vermarktet, da die Prozesse meist eine hohe Auslastung aufweisen. So wird fast ganzjährig positives Leistungspotenzial vorgehalten, welches jedoch eher selten abgerufen wird. Die Ergebnisdarstellung berücksichtigt allerdings, wie bereits erwähnt, beide Möglichkeiten die Vermarktung positiven und negativen Leistungspotenzials. Um die verschiedenen Vermarktungsarten abzubilden, wurden, wie beschrieben, die Vorhalte- sowie die Abrufzeiten variiert. Die hier graphisch dargestellten Beispiele gelten jeweils für eine Vorhaltezeit von h/a. Eine Ausnahme bilden die Beispiele Pumpen und Druckluft (negatives Leistungspotenzial). Hier beträgt die Vorhaltezeit nur h/a (Erläuterung folgt im Abschnitt zu diesen Beispielen).

99 Ergebnisse 93 Holzschleifer Die Flexibilisierung von Holzschleifern, Refinern und Pulpern ist aufgrund des nicht kontinuierlich laufenden Betriebs mit einem reinen Verschieben des Anlagenbetriebs verbunden. Aufgrund dessen findet keine Beeinflussung des Wirkungsgrads statt. Roh- und Zementmühlen Auch bei Roh- und Zementmühlen wird die Vermarktung durch die zeitliche Verschiebung des Betriebs der Produktionsanlagen realisiert. Deshalb ist auch hier keine Wirkungsgradverschlechterung zu erwarten. Aluminiumelektrolyse Aluminiumelektrolyseanlagen bestehen aus einer Vielzahl an einzelnen Elektrolysezellen. Jede der Zellen wird in regelmäßigen Abständen (im Mittel alle zwei Tage) mit den Ausgangsstoffen beschickt. Sobald der Herstellungsprozess abgeschlossen ist, wird das flüssige Aluminium abgesaugt und die Zelle von Neuem befüllt. Ein Teillastbetrieb wird realisiert, indem der Start einzelner Elektrolysezellen zeitlich etwas verschoben wird. In diesem Fall führt das jedoch zu einem etwas höheren spezifischen Stromverbrauch bei der Primäraluminiumherstellung. Dieser Mehrverbrauch kann mit etwa 5 bis 10 % beziffert werden. Die Bewertung des Einflusses der Flexibilitätsvermarktung auf die Energieeffizienz wird anhand eines Beispiels berechnet, im Falle der Aluminiumelektrolyse wurden folgende Daten im Volllastbetrieb zugrunde gelegt: Spezifischer Stromverbrauch Mittlere Leistungsaufnahme (Gesamtanlage) ca. 14 MWh/t ca. 150 MW Es wird angesetzt, dass im normalen Betriebsfall eine Auslastung von nahezu 100 % vorliegt. Im Teillastbetrieb wird auf etwa 75 % Leistung reduziert. Das führt dazu, dass je nach Anzahl der Abrufstunden eine etwas geringere Produktionsmenge erzeugt wird. Die Differenz zur geplanten Produktionsmenge muss nachgeholt werden, hierfür wird wiederum unter Volllast produziert (gilt ebenso für alle anderen Prozesse). Anschließend werden die Stromverbräuche im Ist-Zustand (kontinuierlicher Volllastbetrieb) sowie bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials (Betriebsweise wie oben beschrieben) unter der Bedingung der gleichen Produktionsmenge am Ende des Jahres gegenübergestellt und die Veränderung des gewichteten Wirkungsgrads dargestellt. Eine negative Veränderung entspricht einer Wirkungsgradverschlechterung, eine positive Veränderung einer Wirkungsgradverbesserung. Bei angesetzten Vollaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr liegt die Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades bei der Aluminiumelektrolyse bei etwa 0,05 %. Bei einem Abruf von h/a ergibt sich eine Verschlechterung um insgesamt 0,5 % (vgl. Abbildung 7-1). Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Veränderung des Wirkungsgrads in einem so geringen Umfang im realen Betriebsfall nicht messbar ist, da bereits die Genauigkeit der Messgeräte geringer ist als die Wirkungsgradabweichung. Liegt nur eine geringfügige Veränderung des Wirkungsgrads durch die DSM-Vermarktung vor, ist dieser Einfluss vernachlässigbar.

100 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % 94 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 0,0 % 0,01 0, ,1 % -0,2 % -0,3 % -0,4 % -0,5 % -0,6 % Aluminiumelektrolyse Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00146 Abbildung 7-1: Wirkungsgradveränderung Aluminiumelektrolyse bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Die Vermarktung negativen Leistungspotenzials wird nachfolgend theoretisch beschrieben (in der Praxis bisher lediglich Vermarktung positiven Leistungspotenzials): Es wird kontinuierlich im Teillastbetrieb produziert (75 % Leistung), bei Abruf wird die Leistung auf 100 % erhöht. Je nach Anzahl der Abrufstunden muss allerdings noch ein Teil der erforderlichen Produktionsmenge nachgeholt werden, da bisher in Teillast produziert wurde und der Output demensprechend geringer war. Würde der Teillastbetrieb theoretisch zu lange andauern, kann nicht die gesamte Produktionsmenge durch Abrufe nachgeholt werden, daher ist die Vorhaltezeit hier beschränkt (gilt ebenso für andere Prozesse). Alternativ bestünde die Möglichkeit einer Kapazitätserweiterung oder einer Verschiebung dieser Produktionsmengen ins nächste Jahr, welche hier jedoch nicht betrachtet werden. Im Vergleich zum ursprünglichen Zustand (kontinuierliche Volllastproduktion) ergibt sich bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials (Vorhaltung im Teillastbetrieb und somit ineffizientere Fahrweise, bei Abruf Volllastbetrieb) ebenfalls eine Wirkungsgradverschlechterung. Grund hierfür ist die grundsätzliche Abweichung von der optimalen Betriebsweise. Die Verschlechterung liegt je nach jährlicher Abrufdauer bei maximal etwa 5 % (vgl. Abbildung 7-2).

101 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse 95 0,0 % 0,01 0, ,0 % -2,0 % -3,0 % -4,0 % -5,0 % Aluminiumelektrolyse Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00147 Abbildung 7-2: Wirkungsgradveränderung Aluminiumelektrolyse bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-3: Wirkungsgradveränderung bei der Aluminiumelektrolyse durch Vermarktung positiven (obere Tabelle) oder negativen Leistungspotenzials (untere Tabelle) Aluminiumelektrolyse Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,01 % -0,01 % -0,01 % -0,01 % 0,00 % Abruf in h/a 100-0,09 % -0,07 % -0,06 % -0,05 % -0,05 % ,90 % -0,72 % -0,60 % -0,51 % -0,45 % Aluminiumelektrolyse Vermarktung negativen Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,82 % -4,82 % -4,82 % -4,82 % -4,82 % Abruf in h/a 100-4,71 % -4,74 % -4,75 % -4,76 % -4,77 % ,66 % -3,90 % -4,06 % -4,17 % -4,25 % Eine Reduzierung der Produktionszeiten (Vorhaltezeit) führt generell zu erhöhten Wirkungsgradveränderungen, jedoch liegt der maximale negative Wert (-0,9 %) bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials noch immer im Bereich der Messungenauigkeit. Bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials kann es zu einer Wirkungsgradverschlechterung von bis zu 5 % kommen. Chlorelektrolyse Im Gegensatz zu den anderen stromintensiven Prozessen werden die Elektrolysezellen bei der Chlorherstellung überwiegend in Teillast betrieben, da mit steigender Auslastung die Stromverluste (v. a. Wärmeentwicklung) quadratisch zunehmen.

102 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % 96 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Ausgehend von einem Teillastbetrieb wird die Leistung für die Vermarktung positiven Leistungspotenzials bei Abruf noch etwas reduziert, während sie bei der Vermarktung negativen Leistungspotenzials bei Abruf erhöht wird. Der spezifische Stromverbrauch verändert sich, ausgehend von einem mittleren Teillastbetrieb von ca. 75 % um etwa 5 bis max. 10 %. Folgende Rahmendaten werden für die Berechnung zugrunde gelegt 4 : Spezifischer Stromverbrauch Mittlere Leistungsaufnahme (Gesamtanlage) ca kwh/t ca. 25 MW Bei angesetzten Volllaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr ergibt sich bei der Vermarktung positiven Leistungspotenzials eine Wirkungsgradverbesserung von 0,05 %. Bei einem Abruf von h/a liegt diese bei 0,5 % (vgl. Abbildung 7-3). 0,6 % 0,5 % 0,4 % 0,3 % 0,2 % 0,1 % Chlorelektrolyse FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ ,0 % 0,01 0, Abruf in h/a Abbildung 7-3: Wirkungsgradveränderung Chlorelektrolyse bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Die Vermarktung negativen Leistungspotenzials durch den erhöhten Teillastbetrieb ergibt eine Wirkungsgradverschlechterung von 0,06 % (100 h/a Abruf), maximal jedoch 0,6 % (1.000 h/a Abruf), da sich hier der spezifische Stromverbrauch aufgrund der höheren Stromverluste erhöht. 4 Für die Berechnung lagen Unternehmensdaten vor. Aufgrund nicht unmittelbar vergleichbarer Produktionszustände kann nur eine Abschätzung hinsichtlich Veränderung des spezifischen Stromverbrauchs getätigt werden.

103 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse 97 0,0 % 0,01 0, ,1 % -0,2 % -0,3 % -0,4 % -0,5 % -0,6 % -0,7 % Chlorelektrolyse Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00149 Abbildung 7-4: Wirkungsgradveränderung Chlorelektrolyse bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-4: Wirkungsgradveränderung bei der Chlorelektrolyse durch Vermarktung positiven (obere Tabelle) oder negativen Leistungspotenzials (untere Tabelle) Chlorelektrolyse Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,01 % 0,01 % 0,01 % 0,01 % 0,00 % Abruf in h/a 100 0,09 % 0,07 % 0,06 % 0,05 % 0,05 % ,91 % 0,73 % 0,61 % 0,52 % 0,45 % Chlorelektrolyse Vermarktung negativen Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,01 % -0,01 % -0,01 % -0,01 % -0,01 % Abruf in h/a 100-0,11 % -0,09 % -0,08 % -0,06 % -0,06 % ,11 % -0,89 % -0,75 % -0,64 % -0,56 % Die Vermarktung positiven Leistungspotenzials führt aufgrund des geringeren spezifischen Stromverbrauchs zu einer geringfügigen Wirkungsgradverbesserung. Eine generell etwas reduzierte Leistungsaufnahme und somit eine effizientere Betriebsweise können allerdings aus produktionstechnischen Gründen nicht realisiert werden, da die in der Produktionsplanung vorgesehenen Produktionsmengen je Zeitraum eingehalten werden müssen. Insgesamt betrachtet liegt auch bei diesem Prozess die maximale Wirkungsgradverschlechterung oder -verbesserung bei unter 1 %. Elektrolichtbogenofen Üblicherweise wird der Elektrolichtbogenofen unter Volllast betrieben. Etwa 30 bis 40 Minuten lang wird elektrische Leistung über den Lichtbogen für den

104 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % 98 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Aufschmelzvorgang zugeführt, anschließend wird der flüssige Stahl abgegossen (Zeitdauer etwa 20 Minuten). Die Vermarktung positiven Leistungspotenzials erfolgt durch kurzzeitiges Abschalten der Leistungszufuhr während des Schmelzvorgangs. Obwohl hier eine reine zeitliche Verschiebung stattfindet, treten in diesem Fall erhöhte Wärmeverluste auf, welche durch zusätzliches Aufheizen nachgeholt werden müssen. Die Wärmeverluste betragen etwa 15 % 5 der Leistungsaufnahme (bei sehr hohen Temperaturen kann der Wärmeverlust in Abhängigkeit der Medientemperatur in etwa linear angesetzt werden). Folgende Daten werden für den Volllastbetrieb zugrunde gelegt: Spezifischer Stromverbrauch Mittlere Leistungsaufnahme (Gesamtanlage) ca. 550 kwh/t ca. 55 MW Bei angesetzten Vollaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr ergibt sich bei der Vermarktung positiven Leistungspotenzials eine Wirkungsgradverschlechterung von 0,2 %. Bei einem Abruf von h/a liegt diese bei 2,1 %. Grund hierfür sind die zusätzlichen Wärmeverluste, welche bei einem Abruf entstehen. 0,0 % 0,01 0, ,5 % -1,0 % -1,5 % -2,0 % -2,5 % Elektrolichtbogenofen Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00150 Abbildung 7-5: Wirkungsgradveränderung Elektrolichtbogenofen bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Die Vermarktung negativen Leistungspotenzials geht mit einem Teillastbetrieb einher, der Lichtbogenofen wird in diesem Fall nicht bei maximaler Leistung betrieben, sondern etwas unterhalb. So ist eine geringfügige Leistungserhöhung möglich. Der spezifische Stromverbrauch ist nahezu konstant, allerdings reduzieren sich in diesem Fall die Wärmeverluste, da die gesamte Produktionszeit verkürzt wird. Die Ursache hierfür ist 5 Gilt für eine mittlere Ofentemperatur von 900 C, maximal beträgt die Ofentemperatur C

105 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse 99 der etwas geringere Zeitaufwand für das Aufschmelzen. Dies führt zu einer Wirkungsgradverbesserung. Bei einer Anzahl von 100 Stunden an jährlichen Abrufen beläuft sich diese Verbesserung auf 0,02 % (100 h/a Abruf), maximal jedoch auf 0,26 % (1.000 h/a Abruf). 0,30 % 0,25 % 0,20 % 0,15 % 0,10 % 0,05 % Elektrolichtbogenofen FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ ,00 % 0,01 0, Abruf in h/a Abbildung 7-6: Wirkungsgradveränderung Elektrolichtbogenofen bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-5: Wirkungsgradveränderung beim Elektrolichtbogenofen durch Vermarktung positiven (obere Tabelle) oder negativen Leistungspotenzials (untere Tabelle) Elektrolichtbogenofen Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,04 % -0,03 % -0,02 % -0,02 % -0,02 % Abruf in h/a 100-0,37 % -0,29 % -0,24 % -0,21 % -0,18 % ,54 % -2,85 % -2,39 % -2,05 % -1,80 % Elektrolichtbogenofen Vermarktung negativen Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % Abruf in h/a 100 0,05 % 0,04 % 0,03 % 0,03 % 0,02 % ,46 % 0,37 % 0,31 % 0,26 % 0,23 % Die maximalen Wirkungsgradverluste bei der Vermarkung positiven Leistungspotenzials liegen bei etwa 3,5 %, was überwiegend auf den zusätzlichen Wärmeverlust bei kurzzeitiger Abschaltung zurückzuführen ist. Einer grundsätzlichen Erhöhung des Leistungsbezugs und somit größeren Produktionsmenge über den gleichen Zeitraum stehen nachgeschaltete Anlagen, wie z.b. Gießöfen, entgegen, deren Kapazität begrenzt ist.

106 100 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Auswirkungen der Flexibilisierung von Querschnittstechnologien auf die Energieeffizienz Auch für Querschnittstechnologien wird ermittelt, welchen Einfluss eine DSM- Vermarktung auf die Energieeffizienz hat. Wiederum werden sowohl die Vermarktung positiven als auch negativen Leistungspotenzials in der Theorie betrachtet, ein Nachholen kann auch hier notwendig sein. Allerdings wird eine reine Energievernichtung, wie es beispielsweise eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke über das Niveau des Ist-Zustands hinaus wäre, ausgeschlossen. Die dargestellten Beispiele gelten jeweils für eine Vorhaltezeit von h/a, wobei die Vorhaltezeit für die Vermarktung von negativem Leistungspotenzial aufgrund des Nachholbedarfs bei Pumpen und Druckluftkompressoren bei maximal h/a liegt. Die typische Betriebsweise der Querschnittstechnologien sowie die theoretische Vermarktungsart sind in nachfolgender Tabelle dargestellt. Tabelle 7-6: Typische Betriebsweise von Querschnittstechnologien und Änderung der Betriebsweise bei DSM-Vermarktung Anlage Ist-Zustand Vermarktungsart Vorhaltung Abruf Vorhaltezeit Einfluss auf Energieeffizienz 1 Druckluftkompressor Voll-/Teillast + / - Leistung Volllast Teillast h/a < -0,1 % / < -10 % Kältemaschine Voll-/Teillast + / - Leistung Volllast Abschaltung h/a - / - 2 Pumpe Volllast + / - Leistung Volllast Teillast h/a < 1 % / < 60 % Ventilator (Lüftungsanlage) Volllast + Leistung Volllast Teillast h/a < 1 % / entfällt Beleuchtung Volllast + Leistung Volllast Teillast h/a - 3 / entfällt 1 Angaben gelten für 100 h/a Abruf 2 Kältemaschine besteht aus einem Verdichter bzw. mehrere Kältemaschinen versorgen einen Kühlkreislauf: Verschiebung des Gesamtprozesses Kältemaschine besteht aus mehreren Verdichtern: kein Schalten einzelner Verdichter, Kältemaschine wird zentral ein-/ ausgeschaltet 2 Dimmen von LEDs oder Leuchtstoffröhren: nahezu lineare Abnahme der Leistungsaufnahme, daher nahezu keine Wirkungsgradveränderung Für die kommenden Analysen werden folgende Wirkungsgradkennlinien von Elektromotoren sowie von Riemen zugrunde gelegt:

107 Wirkungsgrad Riemenantrieb Wirkungsgrad Elektromotor Ergebnisse % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % mech. Leistung Abbildung 7-7: Wirkungsgrad Elektromotor in Abhängigkeit der mechanischen Leistung 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % mech. Leistung Abbildung 7-8: Wirkungsgrad Kraftübertragung (hier Riemen) in Abhängigkeit der mechanischen Leistung Sowohl der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs als auch des Riemens reduzieren sich im Teillastfall.

108 102 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Folgende Grundannahme wird für die folgenden Beispiele zugrunde gelegt: Eine Wirkungsgradveränderung in der Medienversorgung tritt nur dann auf, wenn mehrere Produktionsanlagen an diese Versorgung angeschlossen sind und sich in einem dieser Produktionsprozesse eine Änderung ergibt. Dadurch verschieben sich der Arbeitspunkt der Medienversorgung und somit auch der Wirkungsgrad. Wird lediglich eine Anlage bzw. ein Verbraucher mit einem Medium versorgt und verlagert sich dieser Produktionsprozess z. B. in eine andere Schicht, hat dies üblicherweise nur eine Verschiebung der Medienerzeugung zur Folge, was keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat. Druckluftkompressor Es wird darauf hingewiesen, dass im Fall der Drucklufterzeugung eine rein theoretische Betrachtung erfolgt, da bisher nur sehr geringe Abrufzeiten von wenigen Sekunden möglich sind. Allerdings könnte sich zukünftig ein DSM-Potenzial ergeben, falls Prozesse mit Druckluftbedarf zukünftig zeitlich verschoben werden können. In nachfolgender Abbildung ist die im Beispiel betrachtete Druckluftversorgung dargestellt. Druckluft Versorgung von Prozessen Anlage 1 Anlage 2 Anlage 3 2-Schicht Betrieb 2-Schicht Betrieb 2-Schicht Betrieb Abbildung 7-9: Versorgung von Produktionsanlagen mit Druckluft Ein drehzahlgeregelter Kompressor versorgt drei baugleiche Montage-Anlagen mit Druckluft. Alle drei Produktionsanlagen produzieren im Zweischichtbetrieb, wobei eine geringfügige Veränderung der Montagezeiten keinen Einfluss auf die weitere Produktion hat, da Lagerkapazitäten vorhanden sind. Im Ist-Zustand liefert der Kompressor die von den Anlagen benötigte Druckluftmenge (Vges). Dessen mittlere Auslastung (bezogen auf die Leistungsaufnahme) beträgt in etwa 70 %. Bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials bzw. im Fall eines Abrufs wird eine Montagelinie bzw. eine Anlage abgeschaltet, was dazu führt, dass die Leistungsaufnahme des Kompressors und somit auch die Liefermenge auf zwei Drittel des ursprünglichen Werts reduziert werden. Da sich der Kompressor im Ist-Zustand im nahezu optimalen Bereich bezogen auf die spezifische Leistungsaufnahme in kw/(m³/min) (vgl. Abbildung 7-10) befindet, verschlechtert sich diese bei Änderung des Arbeitspunktes.

109 Ergebnisse 103 Abbildung 7-10: Spezifische Leistungsaufnahme in kw/(m³/min) in Abhängigkeit der Liefermenge bei drehzahlgeregelten Druckluftkompressoren Auch die Wirkungsgrade von Motor und Kraftübertragung reduzieren sich. Hinzu kommt ein Nachholbedarf, da während des Abrufs eine geringere Druckluftmenge erzeugt wurde als es im Ist-Zustand der Fall gewesen wäre. Es wird davon ausgegangen, dass das Nachholen in diesem Fall kurzfristig erfolgen kann, indem alle drei Montagelinien etwas länger produzieren. Während des Nachholens erhöhen sich somit die Leistungsaufnahme des Kompressors sowie dessen Liefermenge wieder auf den ursprünglichen Zustand. Bei angesetzten Vollaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr ergibt sich bei der Vermarktung positiven Leistungspotenzials eine Wirkungsgradverschlechterung von 0,05 %. Bei einem Abruf von h/a liegt diese bei etwa 0,5 %, was wiederum etwa der Messgenauigkeit entspricht.

110 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % 104 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 0,0 % 0,01 0, ,1 % -0,2 % -0,3 % -0,4 % -0,5 % -0,6 % Druckluftkompressor (FU) Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00154 Abbildung 7-11: Wirkungsgradveränderung drehzahlgeregelter Druckluftkompressor bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Die Vermarktung negativen Leistungspotenzials setzt voraus, dass Prozesse vorhanden sind, die zeitlich verschoben werden können. Im konkreten Beispiel bedeutet das die Abschaltung einer Montagelinie. Das hat zur Folge, dass der Druckluftkompressor zunächst im geringen Teillastbereich betrieben wird (mittlere Auslastung bei knapp 50 %). Bei Abruf erfolgt eine Erhöhung der Liefermenge auf den ursprünglichen Zustand, was einer Auslastung von 70 % entspricht. Hinzu kommt der Nachholbedarf, da eine Anlage aus Gründen der Vorhaltung abgeschaltet wurde. Auch hier wird davon ausgegangen, dass das Nachholen kurzfristig durch Verlängerung der Produktionszeit an allen drei Anlagen erfolgt. Aufgrund des entstehenden Nachholbedarfs wird hier die Vorhaltezeit auf h/a begrenzt. Damit wird garantiert, dass ein Nachholen noch innerhalb des betrachteten Jahres möglich ist. Im Vergleich zum Ist-Zustand verschlechtert sich der gewichtete Gesamtwirkungsgrad, da die Vorhaltung zu einem ineffizienteren Betrieb führt. Bei einer Vorhaltung von h/a und einer Anzahl von 100 Stunden an jährlichen Abrufen beläuft sich diese Verschlechterung auf 5,6 %. Erhöht sich die Anzahl der Abrufstunden auf 1.000, geht der genannte Wert auf 4,8 % zurück, da Druckluft länger im energetisch optimalen Bereich erzeugt wird.

111 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse 105-4,7 % -4,8 % 0,01 0, ,9 % -5,0 % -5,1 % -5,2 % -5,3 % -5,4 % -5,5 % -5,6 % -5,7 % Druckluftkompressor (FU) -5,8 % Abruf in h/a FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00155 Abbildung 7-12: Wirkungsgradveränderung drehzahlgeregelter Druckluftkompressor bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials (Vorhaltung h/a) Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-7: Wirkungsgradveränderung drehzahlgeregelter Druckluftkompressor durch Vermarktung positiven (obere Tabelle) oder negativen Leistungspotenzials (untere Tabelle) Druckluftkompressor Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,01 % -0,01 % -0,01 % -0,01 % 0,00 % Abruf in h/a 100-0,09 % -0,07 % -0,06 % -0,05 % -0,05 % ,92 % -0,74 % -0,62 % -0,53 % -0,46 % Druckluftkompressor Vermarktung negativen Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,66 % -5,66 % -5,66 % nicht betrachtet Abruf in h/a 100-5,54 % -5,57 % -5,58 % nicht betrachtet ,36 % -4,62 % -4,80 % nicht betrachtet Last-/Leerlaufkompressor Eine zeitliche Verschiebung eines ungeregelten Kompressors hat zur Folge, dass zusätzliche An- und Abfahrvorgänge erforderlich sind, welche zu einem erhöhten Leerlaufanteil führen. Die quantitative Analyse dieses zusätzlichen Energieverbrauchs zeigt, dass dieser Mehraufwand vernachlässigbar gering ist, da er für einen typischen Kompressor bei Abrufen pro Jahr bei deutlich unter 1 MWh/a liegt.

112 106 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Pumpe Pumpen können ungeregelt oder geregelt betrieben werden. Bei ungeregelten Pumpen ist eine flexible Betriebsweise einem reinen zeitlichen Verschieben gleichzusetzen. Ist die Pumpe jedoch regelbar und versorgt diese, wie bereits beschrieben, mehrere Verbraucher, führt eine DSM-Vermarktung zu einer Volumenstromänderung und somit einem zeitweisen Teillastbetrieb. Die Auswirkungen auf die Energieeffizienz werden nachfolgend untersucht. Im Berechnungsbeispiel werden folgende Annahmen zugrunde gelegt: Ähnlich wie im Bereich Druckluft gibt es auch hier drei Produktionsanlagen, welche an die Medienversorgung angeschlossen sind. Die vorhandene drehzahlgeregelte Pumpe liefert Kühlwasser zur Abkühlung von wärmebehandelten Produkten für die drei Maschinen. Im Ist-Zustand versorgt die Pumpe alle Anlagen, der Volumenstrom beträgt somit nahezu 100 %. Wird nun positives Leistungspotenzial vermarktet, bedeutet dies bei Abruf die Abschaltung einer Produktionsanlage, womit auch eine Reduktion des Volumenstroms auf etwa 2/3 des ursprünglichen Werts einhergeht. Allerdings entsteht auch hier ein Nachholbedarf aufgrund des reduzierten Betriebs. Während sich die Wirkungsgrade von Motor und Kraftübertragung im Teillastbetrieb verschlechtern, bleibt der Wirkungsgrad der Pumpe selbst nahezu konstant, da sich der Arbeitspunkt auf der Anlagenkennlinie im Bereich eines ähnlich hohen Wirkungsgrads verschiebt (siehe hierzu auch Abschnitt Lüftung). Hinzu kommt in diesem Fall der positive Effekt des Frequenzumrichters: Da die Leistungsaufnahme in dritter Potenz vom Volumenstrom abhängig ist, ergibt sich im Teillastbetrieb eine deutlich geringere Leistungsaufnahme, was eine deutliche Wirkungsgradverbesserung zur Folge hat. Abbildung 7-13: Leistungsaufnahme in Abhängigkeit des Volumenstroms bei Drehzahlregelung (lila Kennlinie) Bei angesetzten Vollaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr liegt diese bei etwa 0,5 %. Bei einem Abruf von h/a beträgt sie 5,6 %.

113 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse % 5 % 4 % 3 % 2 % 1 % Pumpe FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 0,01 0, Abruf in h/a Abbildung 7-14: Wirkungsgradveränderung Pumpe bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Wird negatives Leistungspotenzial vermarktet, muss in der Vorhaltung zunächst eine Produktionsanlage abgeschaltet werden, um den Kühlwasservolumenstrom reduzieren zu können. Dieser Umstand führt bereits zu einer deutlich geringeren Leistungsaufnahme während der Vorhaltung. Kommt es zu einem Abruf, erhöht sich der Volumenstrom und auch die Leistungsaufnahme steigt deutlich an. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass der Teillastbetrieb in den meisten Fällen einen Nachholbedarf zur Folge hat. Auch hier wird angesetzt, dass die zusätzliche Kühlung zeitnah nachgeholt werden kann (Nutzung aller drei Produktionsanlagen zur Abkühlung der verbleibenden Teile, benötigter Volumenstrom liegt ungefähr auf dem ursprünglichen Niveau von ca. 100 %). Die Betrachtung der Wirkungsgradveränderung zeigt, dass ein wesentlicher Aspekt das Ergebnis stark beeinflusst: Durch die Drehzahlregelung bei Pumpen liegt die Leistungsaufnahme im Teillastbetrieb deutlich unter der des Volllastbetriebs. Folglich kommt es während der Vorhaltung zu einer deutlichen Effizienzsteigerung. Bei einer Vorhaltezeit von max h/a (Nachholen muss zeitlich noch möglich sein) ergibt sich eine Wirkungsgradverbesserung von ca. 59 %, die bei sehr häufigen Abrufen (1.000 h/a) auf ca. 45 % gesenkt wird.

114 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % 108 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % Pumpe FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 0,01 0, Abruf in h/a Abbildung 7-15: Wirkungsgradveränderung Pumpe bei Vermarktung negativen Leistungspotenzials (Vorhaltung h/a) Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-8: Wirkungsgradveränderung Pumpe durch Vermarktung positiven (obere Tabelle) oder negativen Leistungspotenzials (untere Tabelle) Pumpe Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,09 % 0,07 % 0,06 % 0,05 % 0,05 % Abruf in h/a 100 0,93 % 0,75 % 0,62 % 0,53 % 0,47 % ,20 % 8,00 % 6,58 % 5,59 % 4,85 % Pumpe Vermarktung negativen Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,59 % 58,64 % 58,67 % nicht betrachtet Abruf in h/a ,52 % 56,98 % 57,28 % nicht betrachtet ,46 % 42,11 % 44,64 % nicht betrachtet In der theoretischen Betrachtung wird gezeigt, dass die DSM-Vermarktung in beiden Fällen zu einer Wirkungsgradverbesserung führen würde. In der Praxis würde diese Verbesserung jedoch deutlich geringer ausfallen. Der Grund ist folgender: Je mehr Verbraucher an einen zentralen Kreislauf angeschlossen sind, desto geringer ist der Gleichzeitigkeitsfaktor der Nutzung. Während der Auslegungsvolumenstrom nur für einen sehr kurzen Zeitraum benötigt wird, wird die Pumpe zur Kühlwasserversorgung überwiegend in Teillast betrieben. Durch den vorhandenen Frequenzumrichter liegt bereits eine geringere Leistungsaufnahme im Teillastfall vor. Eine zusätzliche Änderung des jeweiligen Betriebspunkts aufgrund der DSM-Vermarktung hätte im Teillastfall eine geringere Wirkungsgradverbesserung zur Folge. Eine bewusste Überdimensionierung der Pumpe über den Auslegungsvolumenstrom hinaus in Kombination mit einer dauerhaften Nutzung des Frequenzumrichters für

115 Ergebnisse 109 einen kontinuierlichen Teillastbetrieb würde in der Praxis aufgrund zu hoher Investitionen nicht realisiert. Üblicherweise wird die Dimensionierung so gewählt, dass der Unterschied zwischen Nenn- und maximal benötigtem Volumenstrom möglichst gering ist, um die Investitionen möglichst gering zu halten.

116 110 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Ventilator Eine Vermarktung negativen Leistungspotenzials wird bei Ventilatoren im Folgenden nicht betrachtet, da hier bei einer Fokussierung auf die Luftqualität ohne Temperierung keine Speicherwirkung gegeben ist und somit eine Energieverschwendung vorläge. Die Vermarktung positiven Leistungspotenzials erfolgt analog zum Beispiel Pumpe: Im Ist-Zustand wird ein Ventilator bei 100 % Volumenstrom betrieben. Durch den Abruf wird dieser auf 50 % Volumenstrom abgesenkt. Auch hier wird die reduzierte Luftmenge nachgeholt, da in diesem Fall Wärme aus dem Prozess abtransportiert werden muss. Dazu wird der Ventilator nach dem Abruf wieder in den ursprünglichen Betriebszustand versetzt, die Betriebszeit erhöht sich somit dementsprechend. Analog zur Pumpe bleibt auch hier der Wirkungsgrad des Ventilators konstant, da ebenfalls eine Arbeitspunktverschiebung auf der Anlagenkennlinie im Bereich des gleichen Wirkungsgrads durchgeführt wird (siehe nachfolgende Abbildung). Abbildung 7-16: Wirkungsgrad Ventilator in Abhängigkeit des Volumenstroms und der Druckerhöhung

117 Veränderung gewichteter Gesamtwirkungsgrad in % Ergebnisse 111 Wie auch bei der Pumpe kann die Leistungsaufnahme im Teillastbetrieb jedoch deutlich reduziert werden, da auch hier ein Frequenzumrichter installiert ist. Bei angesetzten Vollaststunden und insgesamt 100 h Abruf pro Jahr ergibt sich bei der Vermarktung positiven Leistungspotenzials eine Wirkungsgradverbesserung von 0,5 %. Bei einem Abruf von h/a liegt diese bei ca. 5,0 %. 6 % 5 % 4 % 3 % 2 % 1 % Ventilator FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_ % 0,01 0, Abruf in h/a Abbildung 7-17: Wirkungsgradveränderung Ventilator bei Vermarktung positiven Leistungspotenzials Die Zusammenfassung der Ergebnisse ist nachfolgend dargestellt: Tabelle 7-9: Wirkungsgradveränderung Ventilator durch Vermarktung positiven Leistungspotenzials Ventilator Vermarktung positiven Leistungspotenzials Vorhaltung in h/a ,08 % 0,07 % 0,05 % 0,05 % 0,04 % Abruf in h/a 100 0,83 % 0,66 % 0,55 % 0,47 % 0,41 % ,98 % 7,06 % 5,82 % 4,94 % 4,30 % Bei geringen Betriebszeiten (und somit geringer Vorhaltezeit) kann eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads um bis zu 9 % erreicht werden, was auf die geringere Leistungsaufnahme im Teillastbetrieb durch den Frequenzumrichter zurückzuführen ist. Wäre eine kontinuierliche Absenkung des Volumenstroms möglich, entspräche dies einer Energieeffizienzmaßnahme und würde somit nicht als Flexibilität genutzt. Da allerdings im genannten Beispiel eine generelle Reduktion des Luftvolumenstroms aus Komfortgründen nicht zulässig ist, wird die Wirkungsgradverbesserung nur kurzzeitig während eines Abrufs erreicht.

118 112 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Beleuchtung Die Vermarktung negativen Leistungspotenzials ist in diesem Fall ausgeschlossen, da auch hier keine Energiespeicherung möglich ist. Die Vermarktung positiven Leistungspotenzials im Bereich der Beleuchtung wird hier lediglich für zwei Arten von Leuchtmitteln betrachtet: für LED und Leuchtstoffröhren. Diese Leuchtmitteltypen können mit einer Dimmfunktion ausgestattet werden (Voraussetzung für die Vermarktung) und werden in der Industrie überwiegend eingesetzt. Andere Leuchtmittel, wie beispielsweise Hochdruckentladungslampen, sind aus folgenden Gründen für eine Vermarktung nicht geeignet: Ein Großteil der Hochdruckentladungslampen kann nicht gedimmt werden. Zudem benötigen diese Leuchtmittel im Einschaltvorgang mehrere Minuten, bis deren voller Lichtstrom erreicht ist. Nach einer kurzzeitigen Abschaltung dieser Leuchten wäre ein sofortiges Wiedereinschalten nicht möglich, wenn die Mindestabkühlzeit noch nicht erreicht ist. Die betrachteten Leuchtmittel (LED und Leuchtstoffröhren) haben gemein, dass hier durch das Dimmen nahezu keine Beeinflussung der Energieeffizienz stattfindet, da ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen Beleuchtungsstärke und Leistungsaufnahme besteht. PowerToHeat (P2H) Üblicherweise ist für die Vermarktung positiven oder negativen Leistungspotenzials mit P2H-Anlagen ein bivalentes System vorhanden. Die Wärmeerzeugung wird entweder durch einen vorhandenen Elektro- oder Gaskessel realisiert, die Wärmeversorgung von Verbrauchern wird nicht unterbrochen oder reduziert. Für die Bewertung der Auswirkungen von DSM auf die Energieeffizienz ist eine alleinige Betrachtung der Veränderung des Gesamtwirkungsgrades allerdings nicht zielführend, da verschiedene Aspekte berücksichtigt werden müssen. Nachfolgend sind diese aufgelistet: Wirkungsgrad der unterschiedlichen Wärmeerzeuger Eingesetzter Energieträger Primärenergiefaktor: Einbezug des Bereitstellungsnutzungsgrades der Stromerzeugung Energiepreis je Energieträger Eine rein endenergetische Bewertung würde bei Vermarktung positiven oder negativen Leistungspotenzials eine Energieeffizienzsteigerung ergeben, da der Wirkungsgrad des Elektrokessels im Vergleich zu dem des Gaskessels etwas höher ist. Berücksichtigt man allerdings den Bereitstellungsnutzungsgrad der Stromerzeugung (dieser kann bei einer hocheffizienten GuD-Anlage bei bis zu 60 % liegen) und führt demnach eine primärenergetische Betrachtung durch, so ergibt sich eine Verschlechterung der Energieeffizienz. Grundlegend ähnliche Erkenntnisse liefert ein Vergleich auf Basis der Energiepreise.

119 Ergebnisse Auswirkungen von DSM auf die Produktqualität Neben der Beeinflussung der Energieeffizienz kann auch die Produktqualität durch DSM verändert werden. Eine Qualitätseinbuße bei Produktionsgütern wurde bereits ausgeschlossen. Hier wird daher lediglich qualitativ beschrieben, welchen Einfluss DSM auf die Qualität der Medienversorgung (z. B. Wärme- oder Kälteerzeugung) haben kann. Tabelle 7-10: Einfluss auf die Qualität der Medienversorgung QST Beispiel für Einfluss auf Produktqualität Fazit Pumpen Lüftung Kältemaschinen Beleuchtung Druckluft Zu geringer Füllstand im Behälter zu trockenes Produkt (z. B. Lebensmittel) Schlechtere Luftqualität im Raum Komforteinbußen MA Versorgung Kühlhaus: zu hohe oder zu niedrige Temperatur Einfluss auf Qualität der Lebensmittel (z. B. Beeren oder Speiseeis) Geringere Beleuchtungsstärke hat ggf. Einfluss auf Arbeitsqualität und somit auf Produktqualität Geringeres Druckniveau z. B. geringere Eindringtiefe von Nägeln bei Druckluftnaglern (Holzindustrie) Generell wird Lastflexibilisierung soweit eingeschränkt, dass eine kontinuierliche Produktion immer gewährleistet ist Kann kurzfristig in Kauf genommen werden Generell wird Lastflexibilisierung soweit eingeschränkt, dass keine Beeinflussung der Produktqualität auftritt Kann kurzfristig in Kauf genommen werden Generell wird Lastflexibilisierung soweit eingeschränkt, dass keine Beeinflussung der Produktqualität auftritt Beispielsweise können ein zu geringer Füllstand oder eine zu hohe Temperatur in einem Speicher dazu führen, dass die Versorgung mit (ausreichend kaltem) Kühlwasser nicht mehr möglich ist. Ein zu geringes Druckluftniveau hätte zur Folge, dass bei Montagen z. B. kein ausreichend hohes Drehmoment für Befestigungen erreicht würde. Beide Zustände hätten Auswirkungen auf die Produktqualität. In diesem Fall würde die DSM- Vermarktung eingeschränkt, um stets eine störungsfreie Produktion gewährleisten zu können. Eine schlechtere Luftqualität durch Absenkung des Volumenstroms von Lüftungsanlagen oder eine geringere Beleuchtungsstärke durch Reduzierung der Beleuchtungsleistung auf das Niveau nach Arbeitsstättenrichtlinie können kurzfristig in Kauf genommen werden und führen üblicherweise nicht zu einer Anpassung des DSM- Potenzials.

120 114 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz 7.5 Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz In den Kapiteln 7.2 bis 7.4 wurden die Auswirkungen verschiedener Vorhalte- und Abrufstrategien, die sich durch die Vermarktung der DSM-Potenziale ergeben, auf den Gesamtwirkungsgrad der technischen Prozesse quantifiziert. Neben der Rückwirkung von DSM-Vermarktung auf die Energieeffizienz können auf der anderen Seite gerade Ineffizienzen im Sinne einer überdimensionierten Anlagenleistung die Flexibilität im Anlagenbetrieb vergrößern und somit die DSM-Potenziale erhöhen. Daher werden im ersten Abschnitt dieses Kapitels zunächst die Ursachen für überdimensionierte Anlagenleistungen und die daraus resultierenden Flexibilitäten im Anlagenbetrieb aufgezeigt. Anschließend wird der Zusammenhang zwischen den identifizierten Ursachen und den daraus gegebenenfalls resultierenden Nutzungsmöglichkeiten der DSM-Potenziale analysiert. Der zweite Abschnitt des Kapitels geht der Frage nach, wie sich die fortschreitende Effizienzsteigerung in der Industrie auf die nutzbaren DSM- Potenziale auswirken wird. Die Fragestellungen werden anhand der in Kapitel 3 untersuchten Querschnittstechnologien beantwortet Überdimensionierung als Quelle für Flexibilität Eine wesentliche Ursache für die Flexibilität im industriellen Stromverbrauch liegt in einer installierten Leistung von elektrischen Verbrauchern, die größer ist als diejenige, die für die Bereitstellung der vom Betrieb nachgefragten Energiedienstleistung notwendig ist. Für die Analyse ist es zunächst notwendig, zwischen redundanten Anlagen und einer prozessspezifisch größeren Dimensionierung zu unterscheiden. Dies ist notwendig, da die Motivation für die Dimensionierung unterschiedlich sein kann und sich daraus auch unterschiedliche Nutzungsmöglichkeiten für die DSM-Potenziale ergeben. Dies beeinflusst die zukünftige Entwicklung dieser Überdimensionierungen wesentlich. Redundante Anlagen Definition: Unter einer Redundanz versteht man das zusätzliche Vorhandensein einer funktional gleichen oder vergleichbaren Anlage, die bei einem störungsfreien Betrieb im Normalfall nicht benötigt wird. In der Regel dienen diese zusätzlichen technischen Systeme zur Erhöhung der Ausfall-, Funktions- und Betriebssicherheit. In der Praxis werden diese Systeme nur bei einer Störung oder Wartung des primären Systems eingesetzt. Häufig werden hierfür ineffizientere Anlagen als das primäre System vorgehalten, da die Redundanz i. d. R. nur wenige Stunden im Jahr läuft. Beispielsweise werden bei der Neuinstallation von z. B. Wärmeerzeugern die alten Kessel nicht rückgebaut, sondern als Redundanz im Betrieb gelassen.

121 Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 115 In Bezug auf die in Kapitel 3 untersuchten Querschnittstechnologien konnten im Rahmen der durch die FfE durchgeführten Energieaudits häufiger Redundanzen bei den folgenden Querschnittstechnologien vorgefunden werden: Pumpen Kessel Kältemaschinen Druckluftkompressoren Bei den Querschnittstechnologien Beleuchtung und Lüftung sind i. d. R. keine Redundanzen vorhanden. Die Redundanzen sind eine wichtige Quelle für das mögliche Anbieten von Flexibilität. Hierbei kann zum regulären Betrieb der Anlagen die Redundanz hinzugeschaltet werden. Ist ein additives Zuschalten technisch möglich, ist der daraus resultierende Mehrverbrauch nur zu rechtfertigen, wenn die höhere Leistung unmittelbar genutzt oder zwischengespeichert werden kann. Das Vorhandensein von Redundanzen kann auch in der Vermarktung zu Problemen führen. Falls positives Leistungspotenzial vermarktet wird, muss sichergestellt werden, dass im Falle des Herunterfahrens eines elektrischen Verbrauchers kein alternativer Verbraucher hochgefahren wird. Wird der Bilanzraum lediglich um einzelne Anlagen gezogen, wird positives Leistungspotenzial erbracht. Bei einem Bilanzraum um das gesamte Unternehmen würde dies nicht der Fall sein, da die verminderte Leistungsaufnahme der einen Anlage durch die erhöhte Leistungsaufnahme des Alternativsystems ausgeglichen oder schlimmstenfalls aufgrund von Anfahrverlusten oder schlechterem Wirkungsgrad sogar überkompensiert würde. Bei der Regelleistungsvermarktung muss gegenüber dem Übertragungsnetzbetreiber jedoch sichergestellt werden, dass dies nicht passiert. Zusätzliche Leistungen aus Redundanzen zur Erhöhung der Ausfall-, Funktions- und Betriebssicherheit können, wie oben ausgeführt, aus Sicht der Industriebetriebe als gewollt betrachtet werden. Überdimensionierte Anlagen Definition: Eine Auslegung, die das angemessene, richtige vernünftige Maß überschreitet. /DUD-04 12/ Im Bereich der Querschnittstechnologien bedeutet dies eine Anlagenleistung, die selbst bei maximalen auftretenden oder zu erwartenden Produktionsanforderungen nicht benötigt wird, um die hierfür notwendige Nutzenergie bereitzustellen. Für die Analyse der Ursachen für eine überdimensionierte Anlagenleistung muss zwischen den Motiven der verschiedenen Akteure unterschieden werden. Industrieunternehmen: Eine Überdimensionierung durch das Unternehmen selbst wird häufig gewählt, da hierdurch potenzielle Betriebs-/Produktionserweiterungen abgedeckt werden können. Des Weiteren wird eine Sicherheit für eine erhöhte Gleichzeitigkeit von Anlagen einkalkuliert, die in der Praxis nicht vorkommt. Diese Art der Überdimensionierung kann als gewollte Überdimensionierung betrachtet werden.

122 116 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz Planer: Eine Überdimensionierung durch den Planer hat meist zwei Ursachen. Zunächst möchte der Planer vermeiden, dass im Falle einer unzureichenden Anlagenleistung im Betrieb Ansprüche gegen ihn geltend gemacht werden. Daher neigt er tendenziell dazu, Anlagen größer auszulegen. Des Weiteren stehen dem Planer zur Berechnung der angemessenen Leistung häufig nur typische Kennzahlen und keine realen Messwerte zur Verfügung. In einem Beispiel der Energieeffizienzberatung der FfE wurden für die Auslegung der Medienversorgung Werte aus einem anderen Werk übernommen. Der Planer ging davon aus, dass es sich um Messwerte handelt. Tatsächlich waren jedoch die Leistungen der Typenschilder angegeben. Dies führte in dem neuen Werk zu einer erheblichen Überdimensionierung der installierten Anlagenleistung. Der erste Grund der gewonnenen Sicherheit durch Überdimensionierung tritt regelmäßig im Planungsprozess auf und kann als gewollte Überdimensionierung aus Sicht der Planer und als ungewollte Überdimensionierung aus Sicht der Industriebetriebe betrachtet werden. Überdimensionierungen aufgrund fehlender oder falscher Daten sind i. d. R. immer ungewollt. Hersteller: Anlagen und Komponenten werden i. d. R. nur in bestimmten Leistungsgrößen angeboten. Die aufgrund des Anforderungsprofils (Industrieunternehmen) und der Planung (Planer) bestimmte Anlagengröße wird somit durch die nächstgrößere verfügbare Leistung sichergestellt. Aus Sicht der Industriebetriebe kann die sich hieraus ergebende Überdimensionierung zwar als ungewollte, aber bewusste Überdimensionierung betrachtet werden. Ein häufiges Problem ist, dass die Überdimensionierung bei jedem Schritt der Auslegung und Planung durch den jeweiligen Akteur vergrößert wird. Eine weitere Ursache für ungewollte Überdimensionierung können Nutzungsänderungen oder Rückwirkungen von Effizienzmaßnahmen sein, wie z. B. die Sanierung der Gebäudehülle, aus der in der Folge eine überdimensionierte Kesselleistung resultiert. Im Betrieb selbst können die Effizienznachteile von überdimensionierten Anlagen z. B. durch Frequenzumrichter erheblich reduziert werden. Die Differenz zwischen Nennleistung und tatsächlicher Leistung im Betrieb steht als mögliche Flexibilität für DSM zur Verfügung. Aber auch hier gilt, dass eine Lasterhöhung zur Bereitstellung von z. B. negativer Regelleistung zunächst zu einem Mehrverbrauch führt, der nur zu rechtfertigen ist, wenn die höhere Leistung unmittelbar genutzt oder zwischengespeichert werden kann. Ein weiterer Grund für Überdimensionierung kann die Erwartung sein, dass hierdurch die Produktqualität und/oder der Komfort gesteigert werden kann. Dies betrifft vorrangig die Querschnittstechnologien Beleuchtung und Klimatisierung. Nach der Definition ist dies lediglich deswegen als Überdimensionierung zu betrachten, da die Auslegungsleistung über der minimalen Leistung liegt, die sich nach den gesetzlichen Vorgaben ergibt. Aus Betreibersicht kann dies jedoch nicht mehr als Überdimensionierung angesehen werden, da die installierte Leistung im Betrieb genutzt wird und der zusätzliche Nutzen durch Qualitäts- und Komforterhöhung die hierdurch zusätzlichen Verbräuche und Kosten übersteigt. Dennoch ergeben sich hieraus DSM- Potenziale, die sich durch eine Leistungsreduktion der Anlagen bis zur gesetzlichen Mindestanforderung ergeben.

123 Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 117 Auswirkung der Überdimensionierung auf die Nutzung der DSM-Potenziale Eine höhere installierte Leistung als die für den Betrieb notwendige ist eine wesentliche Voraussetzung für Flexibilisierungspotenziale in der Industrie. Entscheidend für die praktische Nutzung und den Fortbestand dieser Potenziale ist die Frage, ob diese Überdimensionierung gewollt oder ungewollt aus Sicht des Unternehmens ist. Ist die höhere installierte Leistung gewollt, bedeutet dies, dass sie dem Unternehmen bekannt ist und genutzt werden kann. Es muss nur noch dahingehend unterschieden werden, ob die überdimensionierte Leistung auch im Normalbetrieb eingesetzt wird, wie in den genannten Beispielen Beleuchtung und Klimatisierung. Dann resultiert hieraus, dass eine Vermarktungsstrategie gewählt wird, die lediglich zu geringen Einsatzzeiten führt, wie z. B. die Bereitstellung von positiver Sekundärregelleistung oder Minutenreserve mit Strategie 1 seltener Abruf (vgl. Kapitel und 5.1.2). Eine nicht gewollte Überdimensionierung ist häufig dem Unternehmen zunächst gar nicht bekannt. Hier kann es sich also um verborgene Flexibilisierungspotenziale handeln. Diese Potenziale werden i. d. R. nur durch entsprechende Zählpunkte und ein Energiecontrolling sichtbar. Zudem bedarf es noch eines qualifizierten Energieverantwortlichen, der die Diskrepanz zwischen installierter und tatsächlich notwendiger Leistung erkennt. Falls diese Überkapazitäten sichtbar werden, wird i. d. R. zunächst geprüft, ob der sofortige Abbau der unnötigen Leistung mit Kostenvorteilen verbunden ist. Die Überprüfung der technischen Machbarkeit erfolgt in der Praxis häufig durch Wegschalten einzelner Anlagenteile, eine begleitende Überwachung von Betriebsparametern und Rückmeldung der Mitarbeiter. Im Falle der technischen Machbarkeit und vorhandener Kostenvorteile werden die Überkapazitäten abgebaut und stehen nicht mehr für eine DSM-Vermarktung zur Verfügung. Befindet sich das Unternehmen bereits mit anderen Anlagen in der DSM- Vermarktung, würde als Alternative zum Rückbau auch die DSM-Vermarktung geprüft. Ansonsten fehlen häufig schlichtweg das Wissen und der Marktüberblick, um diese Abschätzung treffen zu können. Falls der sofortige Rückbau keinen oder zu geringe Kostenvorteile hat, stehen die Überkapazitäten als Flexibilisierungspotenziale zur Verfügung. Jedoch ist mit einem Rückbau zu rechnen, sobald Ersatzinvestitionen anstehen. Zukünftig könnten ungewollte Überkapazitäten, die aus dem Auslegungs- und Planungsprozess resultieren, durch den Ansatz der integralen Planung deutlich reduziert werden Effizienzsteigerungen und deren Wirkung auf die Flexibilität Im folgenden Abschnitt wird qualitativ dargestellt, wie sich eine fortschreitende Effizienzsteigerung in der Industrie auf die nutzbaren DSM-Potenziale auswirken kann. Grundsätzliche Aspekte von Effizienzmaßnahmen auf Flexibilisierungspotenziale Eine kontinuierliche Energieeffizienzsteigerung ist damit verbunden, zunächst Potenziale zu identifizieren. Dazu wird i. d. R. eine umfassende energetische Ist- Zustandsanalyse durchgeführt, was häufig dazu führt, dass Unternehmen auch die eigenen Prozesse am Standort besser kennen und verstehen lernen. Anschließend

124 118 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz werden Maßnahmen bewertet und umgesetzt, diese werden oft auch durch Messungen belegt. Dabei können wie bereits beschrieben beispielsweise verborgene Flexibilisierungspotenziale aufgedeckt werden. Auch eine erhöhte Durchdringung von Mess-, Steuer- und Regelungstechnik kann hier nützlich sein. Wesentliche Hilfestellung geben hier ein funktionierendes Energiecontrolling sowie das bessere Verständnis der Prozesse, wenn es um die Identifikation von DSM-Potenzialen geht. Energieeffizienzmaßnahmen können auch die Kosten für die Implementierung von DSM beeinflussen. Wird beispielsweise im Rahmen einer Energieeffizienzmaßnahme eine bisher ungeregelte Anlage z. B. durch Nachrüstung eines Frequenzumrichters regelbar gemacht, können sich die anfänglich nötigen Investitionen für DSM ggf. etwas reduzieren. Auswirkungen von Effizienzmaßnahmen auf Flexibilisierungspotenziale Die Erkenntnisse verschiedener Studien decken sich auch mit den Ergebnissen der FfE in den Energieaudits: Die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen ist in den letzten Jahren nochmals deutlich angestiegen und wird auch in Zukunft durch die EU- Effizienzrichtlinie /EU-01 12/ und deren nationale Umsetzung im Rahmen des Energiedienstleistungsgesetzes EDL-G /BRD-03 12/ zunehmen. Eine Erhöhung der Energieeffizienz hat jedoch auch Auswirkungen auf DSM-Potenziale. Werden beispielsweise bisher nicht regelbare Anlagen mit einer Steuerung in Form eines Frequenzumrichters ausgestattet, eröffnet dies zunächst einmal die Möglichkeit, Flexibilität anzubieten. Allerdings wirken noch weitere Einflüsse positiv oder negativ auf die Flexibilitätspotenziale und ihre Erschließbarkeit: In /FFE-01 13/ und /FfE-16 15/ wurden im Rahmen einer Abschätzung zur zukünftigen Entwicklung von DSM-Potenzialen auch die Effekte von Energieeffizienzmaßnahmen quantifiziert. Dabei wird der Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf das positive und negative Leistungspotenzial untersucht. Die Methodik ist in Abbildung 7-18 dargestellt. Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf das Lastflexibilisierungspotenzial Lastflexibilisierungspotenzial Querschnittstechnologien (QST) 2015 Identifikation von Einsparpotenzialen durch Energieeffizienzmaßnahmen mit hoher Umsetzungswahrscheinlichkeit Quantifizierung der Einsparungen Identifikation von Maßnahmen mit Einfluss auf die maximale Leistung der Anlagen Auswirkung von Energieeffizienzmaßnahmen mit Einfluss auf die max. Leistung auf das Lastflexibilisierungspotenzial bis 2020 Lastflexibilisierungspotenzial QST 2020 / 2025 / 2030 inkl. Berücksichtigung Energieeffizienzmaßnahmen Abbildung 7-18: Methodik zur Ermittlung der Auswirkungen von Energieeffizienzmaßnahmen auf das Lastflexibilisierungspotenzial von Querschnittstechnologien /FfE-16 15/

125 Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 119 Im ersten Schritt werden Energieeffizienzmaßnahmen je Querschnittstechnologie nach /FFE-01 13/ bis zum Jahr 2020 angesetzt sowie deren prozentuales Einsparpotenzial ausgewiesen. Durch Umsetzung mehrerer Maßnahmen in Kombination kann sich das Einsparpotenzial einzelner Maßnahmen reduzieren. Insgesamt ergeben sich durch die Realisierung des Maßnahmenpaketes in der oben genannten Studie bestehend aus fünf Maßnahmen je Technologie (vgl. nachfolgende Tabelle) Einsparpotenziale bis zu 30 %. Anschließend werden die identifizierten Energieeffizienzmaßnahmen hinsichtlich ihres Einflusses auf die maximale Leistungsaufnahme einer Anlage beurteilt (siehe Tabelle 7-11). Wird lediglich die flexibilisierbare Leistung betrachtet, haben Maßnahmen, welche die maximale Last der Maschine reduzieren, bereits Auswirkungen auf das Flexibilisierungspotenzial. Beispielsweise führt der Einsatz eines kleineren Motors als Antrieb eines Ventilators zu einer geringeren maximalen und ggf. je nach Nutzungsprofil auch einer geringeren mittleren Last. Bei dieser Analyse wurden lediglich die Auswirkungen auf die flexibilisierbare Leistung analysiert, eine Quantifizierung der flexibilisierbaren Energiemenge wurde hier nicht getätigt. Tabelle 7-11: Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf die maximale Leistungsaufnahme einer ungeregelten Anlage /FFE-82 12/ Ungeregelte Anlage Maßnahmen- Nr. Maßnahme Maßnahmen- Pmax Nr. Maßnahme Pmax Beleuchtung Druckluftanlagen 1 Einbau neuer Leuchten - 1 Reduktion von Leckagen 0 2 Einsatz elektronischer Vorschaltgeräte - 2 Austausch alter Kupplungen 0 3 Einbau neuer Leuchtmittel - 3 Austausch von Filtern und Wartung - 4 Nutzung von Präsenzmeldern 0 4 Anpassung der Druckluftreinheit 0 5 Tageslichtabhängige Steuerung 0 5 Drehzahlregelung 0 Fördertechnik Kälteanlagen 1 Austausch von Keilriemen - 1 Reduzierung der Kondensationstemperatur - 2 Verwendung einer Drehzahlregelung 0 2 Reinigen der Wärmetauscher 0 3 Einsatz von Gleitbelägen und Rollenunterstützung - 3 Abtausteuerung 0 4 Vermeidung von Überdimensionierung - 4 Einsatz einer Verdichterleistungsregelung 0 5 Nutzung hocheffizienter Motoren - 5 Nutzung einer Absorptionskältemaschine - Lüftungsanlagen Pumpenanlagen 1 Nachspannen bzw. Warten von Keilriemen - 1 Regelmäßige Wartung - 2 Regelmäßiges Schmieren des Getriebes - 2 Einsatz von breiten, flachen Wasserspeichern - 3 Anpassung des Volumenstroms - 3 Einsatz von an den Bedarf angepassten Pumpen - 4 Drehzahlregelung 0 4 Einsatz hocheffizienter Motoren - 5 Einsatz hocheffizienter Motoren - 5 Drehzahlregelung 0 - = Reduzierung der maximalen Leistung 0 = kein Einfluss auf maximale Leistung BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_00204 Die Auswertung der verschobenen Energiemenge zeigt: Bei einer reinen Abschaltung von Verbrauchern reduziert sich, wie bereits erwähnt, das positive Leistungspotenzial durch die Verringerung der Anschlussleistung bzw. mittleren Leistungsaufnahme. Findet jedoch eine zeitliche Verschiebung statt, kann sich eine noch stärkere Reduzierung des positiven Leistungspotenzials ergeben. Wird beispielsweise eine ungeregelte Anlage vor Maßnahmenumsetzung unter Volllast betrieben und ist deren installierte Leistung im Vergleich zum tatsächlichen Bedarf zu hoch, führt das zu einem Takten der Anlage. Durch das Regelbarmachen der Anlage und somit durch das Anpassen des Arbeitspunktes wird die mittlere Leistungsaufnahme nun deutlich reduziert, was zunächst zu einem geringeren DSM-Potenzial führt. Auch wenn sich die Betriebszeit der Anlage verlängert, um die gleiche Menge an Medium zu erzeugen, wird

126 120 Wechselwirkungen zwischen DSM-Produkten und Energieeffizienz letztendlich eine geringere Energiemenge als im Ist-Zustand verschoben, da sich der Anlagennutzungsgrad deutlich verbessert. Eine Betrachtung der Auswirkungen auf die installierte Leistung zeigt, dass durch die Maßnahmenumsetzung ein deutlicher Rückgang des positiven Leistungspotenzials in allen Anwendungsarten außer der Beleuchtung zu erkennen ist. Findet z. B. im Zuge einer Erneuerung eine Dimensionierungsprüfung statt, können häufig Komponenten mit einer geringeren Leistungsklasse eingesetzt werden. Wird die Anlage zusätzlich regelbar gemacht, hat dies zur Folge, dass sich die Leistungsaufnahme der Anlage nochmals reduziert, da diese im optimalen Arbeitsbereich betrieben wird. Für die Querschnittstechnologien Lüftung, Druckluft und Beleuchtung ergibt sich somit eine Reduktion des positiven Leistungspotenzials. Bei Pumpen und Kältemaschinen reduziert sich das positive Leistungspotenzial deutlicher, da allein die Steuerbarkeit bereits zu einem höheren Nutzungsgrad führt. Das Verhältnis zwischen eingesetzter Energie und erzeugtem Medium verbessert sich aufgrund des optimierten Arbeitspunktes deutlich. Im Gegensatz dazu ergibt sich eine Erhöhung des negativen Leistungspotenzials. Diese beruht unter anderem auf folgenden Einflüssen /FfE-16 15/: Bisher nicht regelbare Anlagen werden aufgrund von Anpassungen an den Bedarf regelbar, was wiederum zu Energieeffizienzsteigerungen führt. Während sich die mittlere Leistungsaufnahme durch die Effizienzmaßnahmen deutlich reduziert, bleibt oft die maximal mögliche Leistung konstant oder reduziert sich nur geringfügig. Somit steigt das negative Leistungspotenzial. Wesentliche Einflussfaktoren für die Entwicklung der DSM-Potenziale bei Prozesstechnologien sind zum einen die Stromintensität der einzelnen Prozesse, zum anderen die Entwicklung der eingesetzten Verfahren zur Herstellung der genannten Waren. Im Rahmen von /FfE-16 15/ wurde eine Literaturrecherche zur Entwicklung der Stromintensität der untersuchten Prozesstechnologien durchgeführt. Nach /ISI-06 11/ ergibt sich im Szenario Marktdiffusion (in diesem Szenario bleiben Hemmnisse für die Marktdiffusion für Energieeffizienztechnologien erhalten und somit wird nur ein Teil der wirtschaftlichen Einsparmaßnahmen umgesetzt) eine um maximal 5 % reduzierte Stromintensität dieser Prozesse. Diese Entwicklung wirkt reduzierend auf das positive DSM-Potenzial. Die Untersuchungen im Rahmen von Energieaudits der FfE haben ergeben, dass in der Praxis bereits heute teilweise geringere Stromintensitäten erreicht werden als in der Literatur für z. B. das Jahr 2030 prognostiziert wird. Ein geringerer spezifischer Stromeinsatz hat sowohl auf das positive als auch auf das negative Leistungspotenzial einen mindernden Einfluss. Zukünftig wird davon ausgegangen, dass das nicht flexibilisierbare Diaphragma- Verfahren zur Chlorherstellung allmählich durch das Membranverfahren ersetzt wird. Ein Grund ist unter anderem, dass das Diaphragma-Verfahren aufgrund der Asbest- Emissionen kritisiert wird /ISI-06 11/. Da dieses für eine flexible Betriebsweise geeignet ist, wirkt dieser Aspekt steigernd auf das positive Leistungspotenzial.

127 Forschungsbedarf Forschungsbedarf Die wissenschaftliche Begleitung hat herausgearbeitet, dass eine belastbare quantitative Ausweisung der deutschland- und branchenweiten DSM-Potenziale eine große Herausforderung ist. Es gilt beispielsweise zwischen den einzelnen Potenzialbegriffen oder den DSM-Teilmärkten zu unterscheiden. Methodischer Weiterentwicklungsbedarf besteht insbesondere bei der Hochrechnung der Potenziale auf Basis einer Stichprobe. Hierfür ist eine umfassende Datenbasis von Unternehmen, die sich bereits in der Vermarktung befinden, notwendig. Genau diese ist momentan jedoch nicht vorhanden. Der Forschungsbedarf in diesem Themenfeld geht daher in zwei Richtungen. Einerseits müssen weitere Daten hinsichtlich der unternehmens- und anlagenspezifischen Potenziale erhoben werden. Wie die Prozesse der Datenerhebung vereinfacht und standardisiert werden können, sollte weiter untersucht werden. Des Weiteren stellt sich die Frage, wie Vermarkter und Unternehmen mit vermarkteten DSM-Potenzialen dazu motiviert werden können, diese Daten für wissenschaftliche Untersuchungen bereitzustellen, ohne dass ihnen hierbei ein wesentlicher Aufwand oder ein unternehmerisches Risiko entsteht. Andererseits bedarf es der Herleitung geeigneter funktionaler Zusammenhänge, mit denen eine Hochrechnung anhand von Kennzahlen möglich ist. In dieser Studie wurden die branchenspezifischen Potenziale in Form von typischen Anlagen und Leistungsklassen ausgewiesen. Diese Steckbriefe können durch Erhebungen und Erfahrungen von Unternehmen in der Vermarktung um zusätzliche Prozesse und Anlagen erweitert und die angegebenen Leistungsspannweiten durch reale Best Practice Beispiele konkretisiert werden. Im Bereich der DSM-Kosten ist insbesondere interessant zu untersuchen, welche Einsparpotenziale sich zukünftig ergeben, wenn Digitalisierung und Automatisierung weiter voranschreiten. Viele der ausgewiesenen Kosten zur Erschließung der DSM- Potenziale sollten dann wegfallen oder erheblich reduziert werden. Des Weiteren können mögliche Synergien analysiert werden, wenn die Flexibilisierung der Prozesse bei der Programmierung und Umsetzung der Automatisierung und der Managementsysteme von Anfang an als eine wesentliche Option mit betrachtet wird. Die Studie zeigt die Erlöspotenziale in den einzelnen DSM-Teilmärkten auf. Diese wurden getrennt voneinander betrachtet. In der Praxis ist jedoch häufig die gleichzeitige Vermarktung auf mehreren Teilmärkten oder fortlaufender Wechsel zwischen den Teilmärkten denkbar. Durch entsprechende Optimierungsrechnungen sollten diese zusätzlichen Erlöspotenziale bestimmt werden und mit der vereinfachenden Abschätzung verglichen werden. Des Weiteren sollten sogenannte Portfolioeffekte von DSM in virtuellen Kraftwerken in Kombination mit Erzeugern untersucht werden. Die Erlöspotenziale in den Teilmärkten sind entscheidend für die wirtschaftlichen DSM- Potenziale. Es konnte gezeigt werden, dass es eine Vielzahl an Einflussfaktoren auf die zukünftige Entwicklung der DSM-Teilmärkte gibt. Weitergehende Untersuchungen, welche die Eintrittswahrscheinlichkeiten und deren Wirkung in den Märkten quantifizieren, könnten helfen, die zukünftigen wirtschaftlichen Potenziale von DSM besser einschätzen zu können. Des Weiteren ist in diesem Zusammenhang die verstärkte

128 122 Forschungsbedarf europäische Integration der Strommärkte von besonderem Interesse. Nicht nur die Preiseffekte durch das Zusammenschließen von zwei benachbarten Ländern sind wichtig für die DSM-Teilmärkte, sondern auch die zukünftige Entwicklung bei unseren Nachbarn in Hinblick auf Bedarf und Angebot von Flexibilität. Um das mögliche Spannungsfeld zwischen Energieeffizienz und DSM zu skizzieren, wurden mehrere Fallbeispiele berechnet. Belastbare Ergebnisse lassen sich allerdings erst durch eine Messkampagne erzielen, in der sowohl die Vorhaltung als auch der Abruf von positivem und negativem Leistungspotenzial von mehreren Anlagen detailliert erfasst und ausgewertet werden. Technische Entwicklungsziele können beispielsweise günstigere Medienspeicher für z. B. Druckluft, Kälte und Wärme sein. Bei den Anlagen könnten das Teillastverhalten verbessert und Mindestleistungen reduziert werden. Diese technologischen Entwicklungen können das technische DSM-Potenzial vergrößern. Da bei den Unternehmen bislang die Energieeffizienz im Fokus ist und sich dies durch das EDL-G voraussichtlich noch weiter verstärken wird, wäre eine Untersuchung hinsichtlich der Integration der Erhebung und Umsetzung von DSM-Potenzialen in die Energieeffizienzberatung, -planung und -umsetzung hilfreich, um potenzielle Synergien zwischen diesen beiden Themenfeldern stärker zu nutzen. Ein weiterer Aspekt des Spannungsfeldes Energieeffizienz und DSM, der in dieser Studie nicht thematisiert werden konnte, ist der potenzielle Mehrverbrauch durch die notwendige IT-Infrastruktur (z. B. Server bei den DSM-Vermarktern), um die DSM- Potenziale nutzbar zu machen. Diese Mehrverbräuche sollten quantifiziert und energiewirtschaftlich bewertet werden. Die verstärkten Effizienzbemühungen in der Industrie werden den Verbrauchslastgang nicht nur im Niveau sondern auch in der Charakteristik verändern. Es stellt sich somit die Frage, wie sich dies auf den Flexibilitäts- und somit DSM-Bedarf im Stromversorgungssystem auswirkt. Als Beispiel kann eine Reduktion der Jahreshöchstlast durch Effizienzmaßnahmen und des damit einhergehenden verminderten Bedarfs an Kraftwerksleistung oder Flexibilität genannt werden. Diese Zusammenhänge gilt es zu quantifizieren und zu bewerten. In vielen einschlägigen Szenarioanalysen zur Ausgestaltung des zukünftigen Energiesystems werden Effizienzsteigerung und Flexibilität durch DSM als Randbedingungen vorgegeben. Als Ergebnis werden der kostenoptimale Ausbau und Einsatz von Kraftwerken (inklusive erneuerbarer Energien) und Speicher berechnet. Weitergehende Systemmodellierungen, in denen erneuerbare Energien, Energieeffizienzmaßnahmen, Netzausbau und alle Arten von Flexibilität miteinander im Wettbewerb stehen, wären somit von großem Interesse. Als Ergebnis würde sich dann der kostenoptimale Mix aus den genannten Optionen einstellen, die in dieser berechneten Kombination als ideale Partner im zukünftigen Energiesystem fungieren. Ein weiterer Untersuchungsgegenstand der Systemanalyse könnte sein, Flexibilität und somit DSM in der Industrie einen höheren Wert zuzurechnen. In einer Sensitivitätsanalyse könnte ein monetärer Wert schrittweise erhöht und Rückwirkungen auf die Ausgestaltung des Stromversorgungssystems herausgearbeitet werden.

129 Forschungsbedarf 123 Der Ansatz, Flexibilität einen eigenen Wert zuzurechnen, ist auch auf Betriebsebene möglich. Hier könnte Flexibilität als finanzmathematische Option bewertet werden, da es dem Unternehmen ermöglicht wird, sich schneller auf sich ändernde Rahmenbedingungen anzupassen. Dieser Fähigkeit können voraussichtlich Erlös- oder Kostensenkungspotenziale zugerechnet werden. Entstehen neue Vermarktungschancen beispielsweise durch regulatorische Änderungen, kann bei bereits umgesetzter Flexibilisierung der Prozesse ein schneller Markteintritt erfolgen. In der Regel können diese First Mover höhere Preise im Vergleich zu einem späteren Markteintritt realisieren. In der Roadmap DSM, die von der dena im Rahmen des Pilotprojektes DSM-Bayern verfasst wurde, sind weitere Forschungsfragen genannt, die über die Themen der wissenschaftlichen Begleitung hinausgehen. Diese werden im Folgenden kurz zusammengefasst. Die Rolle von DSM auf Verteilnetzebene wird thematisiert. Als Forschungsbedarf werden DSM zur Beseitigung von regionalen Netzengpässen, passende DSM-Produkte, Wechselwirkungen zwischen VNB und ÜNB und der regulatorische Rahmen genannt. Neben den Auswirkungen von DSM auf die Effizienz wird in der Roadmap zusätzlich noch die Rückwirkung auf Alterung, Wartung und Instandhaltung als weiter Untersuchungsgegenstand thematisiert. Das Themenfeld Flexibilität im Kontext der Digitalisierung und von Industrie 4.0 wirft vor allem Fragen nach Anforderungen an die zukünftige Informations- und Kommunikationstechnik sowie an Energiemanagementsysteme und deren Synergieeffekte zu DSM auf.

130 124 Literaturverzeichnis 9 Literaturverzeichnis BFE Müller, Ernst A.; Graf, Eliane et al. (InfraWatt): Potential der Schweizer Infrastrukturanlagen zur Lastverschiebung. Bern: Bundesamt für Energie BFE, 2013 BMWI Lutz, Christian Dr.; Lindenberger, Dietmar PD Dr.; Schlesinger, Michael Dr.: Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), 2010 BMWI Schlesinger, Michael; Lindenberger, Dietmar; Lutz, Christian: Entwicklung der Energiemärkte - Energiereferenzprognose - Projekt Nr. 57/12 - Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), 2014 BMWI Ein Strommarkt für die Energiewende - Ergebnispapier des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (Weißbuch) in: Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), 2015 BMWI Entwurf eines Gesetzes zur Weiterentwicklung des Strommarktes. Berlin: Bundesregierung, 09/2015 BNETZA Hinweise zur Durchführung von Redispatchmaßnahmen vor dem Hintergrund der Urteile des OLG Düsseldorf vom Bonn: Bundesnetzagentur (BNetzA), 2015 BNETZA Beschluss, Aktenzeichen BK In dem Verwaltungsverfahren wegen der Standardisierung vertraglicher Rahmenbedingungen für Eingriffsmöglichkeiten der Übertragungsnetzbetreiber in die Fahrweise von Erzeugungsanlagen. Bonn: Bundesnetzagentur (BNetzA), 2012 BNETZA Bericht zur Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren Lasten, Deutscher Bundestag, Köln: Deutscher Bundestag, 2015 BNETZA Zerres, Achim (Bundesnetzagentur): Einspeisemanagement - Vorübergehendes Problem oder Dauerlösung? Göttingen: Energie- Forschungszentrum Niedersachsen, 2013 BNETZA Monitoringbericht Monitoringbericht gemäß 63 Abs. 3 i. V. m. 35 EnWG und 48 Abs. 3 i. V. m. 53 Abs. 3 GWB Stand: 14. November Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), 2014 BNETZA Monitoringbericht Monitoringbericht gemäß 63 Abs. 3 i.v.m. 35 EnWG und 48 Abs. 3 i.v.m. 53 Abs. 3 GWB. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), 2015

131 Literaturverzeichnis 125 BNETZA Monitoringbericht gemäß 63 Abs. 3 i.v.m. 35 EnWG und 48 Abs. 3 i.v.m. 53 Abs. 3 GWB. Bonn: Bundesnetzagentur (BNetzA), 2013 BNETZA Beschluss, Aktenzeichen BK Festlegung von Kriterien für die Bestimmung einer angemessenen Vergütung bei strombedingtem Redispatchmaßnahmen und bei spannungsbedingten Anpassungen der Wirkleistungseinspeisung. Bonn: Bundesnetzagentur (BNetzA), 2012 BNETZA Monitoringbericht Monitoringbericht gemäß 63 Abs. 4 EnWG i.v.m. 35 EnWG. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), 2012 BNETZA Monitoringbericht Monitoringbericht gemäß 63 Abs. 3 i.v.m. 35 EnWG und 48 Abs. 3 i.v.m. 53 Abs. 3 GWB. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), 2013 BRD Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienzmaßnahmen (EDL-G). Berlin: Bundesregierung Deutschland, 2012 CON Consentec GmbH: Beschreibung von Regelleistungskonzepten und Regelleistungsmarkt. Aachen: 50Hertz Transmission GmbH, 2014 DIW Buber, Tim; Gruber, Anna; von Roon, Serafin; Klobasa, Marian: Lastmanagement für Systemdienstleistungen und zur Reduktion der Spitzenlast in: Vierteljahreshefte zur Wirtschaftsforschung Energiewende in Deutschland - Chancen und Herausforderungen. Berlin: DIW Berlin - Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung e.v., 2013 DUD Duden: Definition überdimensionieren in: rechtschreibung/überdimensionieren. Mannheim: Bibliographisches Institut GmbH, 2012 EEX Marktdaten verschiedener Jahre in: Leipzig: European Energy Exchange AG (EEX), 2015 ENWG Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz - EnWG). Berlin: Bundesrepublik Deutschland, 2015 EU EUC EU-Energieeffizienzrichtlinie (2012/27/EU) - RICHTLINIE 2012/27/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES. Brüssel: Europäische Union, 2012 Beschluss des Europäischen Parlaments und des Rates über die Einrichtung und Anwendung einer Marktstabilitätsreserve für das EU- System für den Handel mit Treibhausgasemissionszertifikaten und zur Änderung der Richtlinie 2003/87/EG. Brüssel, Belgien: Europäische Kommission, 2014 EVONIK Markowz, G.: Strom speichern im industriellen Maßstab in: Innovationskongress. Berlin: EVONIK Industries, 2014

132 126 Literaturverzeichnis FFE FFE FFE FFE FFE Gruber, Anna; Peraus, Sebastian; Von Roon, Serafin: Energieeffizienz und Lastflexibilisierung - Partner oder Gegenspieler? - Der Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf das Lastflexibilisierungspotenzial in: BWK 1/ Düsseldorf: Springer VDI Verlag, 2013 Gruber, Anna; Biedermann, Franziska; von Roon, Serafin: Regionale Lastmanagement-Potenziale stromintensiver Prozesse in: Paper und Vortrag beim 13. Symposium Energieinnovation in Graz. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh, 2014EUC von Roon, Serafin: Vermarktung von Windenergie in: Tagungsband der FfE-Fachtagung Energieeffizienz eine stete Herausforderung an Wissenschaft und Praxis. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. (FfE), 2011 Buber, Tim; Gruber, Anna; von Roon, Serafin; Hüneke, Marie; Klobasa, Marian; Angerer, Gerhard; Schleich, Joachim; Friedrichsen, Nele; Lüllmann, Arne: Lastmanagement als Beitrag zur Deckung des Spitzenlastbedarfs in Süddeutschland. Berlin: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) 2013 Gruber, Anna; Biedermann, Franziska; von Roon, Serafin: The Merit- Order of Demand Response in Industry in: Vortrag und Paper beim 9. ENERDAY - Conference on energy economics and technology in Dresden. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh, 2014 FfE Pellinger, Christoph; Schmid, Tobias et al.: Merit-Order der Energiespeicherung im Jahr Technoökonomische Analyse funktionaler Energiespeicher. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. (FfE), 2015 FFE FFE Fattler, Steffen; Pellinger Christoph: Auswertungen und Analysen zur International Grid Control Cooperation. In: IEWT Wien, 2015 Buber, Tim; Gobmaier, Thomas; von Roon, Serafin; Kreuder, Lukas: Energiewende im Strommarkt - Chancen nutzen - Risiken vermeiden. München: IHK für München und Oberbayern, 2012 FFE Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN): München-Oberbayern, Südbayern, Vorarlberg I und II, Chiemgau-Rupertiwinkel, Bayerngas, Verbund - laufende Projekte. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh, 2014 HERTZ Downloadbereich zur Regelenergie in: Bilanzkreisabrechnungen/Praequalifikation (Abrufdatum: Sept. 2014). Berlin: 50Hertz Transmission GmbH, 2014 ISI Rohde, Clemens Dr.-Ing.: Erstellung von Anwendungsbilanzen für das Jahr 2012 für das verarbeitende Gewerbe mit Aktualisierungen für die Jahre Karlsruhe: Fraunhofer Institut für System-und Innovationsforschung (ISI), 2013

133 Literaturverzeichnis 127 ISI Fleiter, Tobias; Schlomann, Barbara; Eichhammer, Wolfgang: Energieverbrauch und CO2-Emissionen industrieller Prozesstechnologien - Einsparpotentiale, Hemmnisse und Instrumente in: ISI Schriftenreihe "Innovationspotentiale". Stuttgart: Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (Fraunhofer ISI), 2013 ISI TNS Schlomann, Barbara; Jochem, Eberhard Prof. Dr.; Andrés Toro, Felipe; Hassan, Ali Prof. Dr.-Ing.: Möglichkeiten, Potenziale, Hemmnisse und Instrumente zur Senkung des Energieverbrauchs und der CO2- Emissionen von industriellen Branchentechnologien durch Prozessoptimierung und Einführung neuer Verfahrenstechniken. Berlin: Umweltbundesamt (UBA), 2011 Gruber, Anna; Biedermann, Franziska; von Roon, Serafin; Buber, Tim (Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh): Chapter 4: Analysis of the views, attitudes and behaviours of the industrial customers for Demand Response in Germany - ADVANCED Project: D3.2 Report with the conclusions of the qualitative survey taking into account the socioeconomic factors. Brüssel: TNS Opinion, 2014 UCTE Load Frequency control and performance - Policy 1. UCTE, 2004 UCTE P1 Policy 1: Load-Frequency Control and Performance. Brüssel: UCTE, 2009 UBA Klaus, Thomas et al.: 2050: 100%. Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen. Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt (UBA), 2010ÜNB Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB): Ausschreibungsplattform Regelenergie (Daten verschiedener Jahre) in: Hamburg: Vattenfall Europe Information Services, 2015 ÜNB ÜNB: Internetplattform zur Vergabe von Regelleistung - Abgerufen: 2014 VDZ Nachhaltigkeit und Zementindustrie. Dortmund: Verein Deutscher Zementwerke e.v., 2013

134 128 Anhang 10 Anhang Alle erstellten Steckbriefe sind in den folgenden Abbildungen ersichtlich:

135 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik 129 Typische Anlagen Holzschleifer (Holzschliff) Refiner (Holzstoff) Pulper (Altpapierstoff) Papiermaschine Typische Größenordnung in MW ,4-2 Bis 10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 100 % % % Dauer in min < Häufigkeit 20 50/a /a /a % 100 % 80 % 60 % 40 % 100 % 100 % 100 % positives Potenzial negatives Potenzial Informationen zur Papierindustrie 9,1 % Anteil am Industriestromverbrauch ca. 130 Werke in Deutschland 10 / 4 davon mit Holzstoffproduktion in D / BY 86 % Auslastung der Werke (2012) 22,4 Mio. t Papier im Jahr % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % positives Potenzial negatives Potenzial 20 % 0 % Holzschleifer (Holzschliff) Refiner (Holzstoff) Pulper (Altpapierstoff) FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 Papiermaschine 10 % 0 % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial Typische Anlagen im Normalbetrieb Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-1: Steckbrief Papierindustrie

136 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik 130 Anhang Typische Anlagen Kühlhäuser Typische Größenordnung in MW 0,25-1 Technisches Potenzial + - Flexibler Anteil % % Dauer in min Häufigkeit Bis zu täglich Bis zu täglich 120 % 100 % 80 % 60 % 100 % 100% Informationen zur Lebensmittelindustrie 7,8 % Anteil am Industriestromverbrauch Neben Öfen Kühlung und Gärprozesse besonders geeignet für DSM 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % positives Potenzial negatives Potenzial 40 % 20 % 10 % 20 % 0 % Kühlhäuser positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bildquelle: Zugriff: % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial Typische Anlagen im Normalbetrieb Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-2: Steckbrief Lebensmittelindustrie

137 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 131 Typische Anlagen Chlorelektrolyse Luftzerlegung Informationen zur Chemieindustrie 19,3 % Anteil am Industriestromverbrauch 19/3 Werke in Deutschland /Bayern 77 % Auslastung der Werke Ca. 4 Mio. t Chlor im Jahr Acetylen- Lichtbogenverfahren Typische Größenordnung in MW Bis Bis 10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 0 60 % 0 23 % 0 30 % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a 20 50/a - Bis zu täglich % 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 60 % 23 % Typische Anlagen im Normalbetrieb positives Potenzial negatives Potenzial 30 % 100 % 0 % 0 % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 Chlorelektrolyse Luftzerlegung Acetylen-Lichtbogen Bildquelle: Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH, Zugriff: Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-3: Steckbrief Chemieindustrie

138 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik 132 Anhang Typische Anlagen Rohmühle (Klinkerproduktion) Zementmühle (Zementproduktion) Typische Größenordnung in MW Technisches Potenzial Flexibler Anteil 100 % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a % 100 % 80 % 60 % 100 % 100 % 100 % Informationen zur Zementindustrie 3,4 % Anteil am Industriestromverbrauch 54/7 Werke in Deutschland /Bayern 25/32 Mio. t Klinker/Zement im Jahr % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % positives Potenzial negatives Potenzial 40 % 20 % 10 % 20 % 0 % Rohmühle 0 % positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 Zementmühle Bildquelle: Seibel & Söhne Homepage (oben); Holcim Zementwerk (links), Zugriff: % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial Typische Anlagen im Normalbetrieb Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-4: Steckbrief Glas, Keramik, Steine und Erden

139 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 133 Typische Anlagen Aluminiumelektrolyse (Standort) Lichtbogenofen (Stahl) Induktionsöfen (Gießereien) Typische Größenordnung in MW Bis ,1-10 Technisches Potenzial Flexibler Anteil 0 25 % % % - Dauer in min Häufigkeit 20 50/a /a /a - 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 25 % Alumniumelektrolyse (Standort) 50 % 25 % 0 % 0 % 0 % Lichtbogenofen (Stahl) positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 Induktionsöfen (Gießereien) Informationen zur Metallerzeugung 24,1 % Anteil am Industriestromverbrauch 4 Aluminiumwerke in Deutschland 19/1 E-Stahlwerke in Deutschland/Bayern 0,5 Mio. t Aluminium im Jahr ,7 Mio. t E-Stahl im Jahr 2012 Bildquelle: Zugriff: % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial Typische Anlagen im Normalbetrieb Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-5: Steckbrief (NE-)Metallerzeugung und -bearbeitung

140 Querschnittstechnologie Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Flexible Leistung bzg. P INST in % Prozesstechnik 134 Anhang Typische Anlagen Elektrisch betriebene Härteöfen Typische Größenordnung in MW 1,5 2,5 Technisches Potenzial + - Flexibler Anteil 0 33 % - Dauer in min Häufigkeit Bis zu täglich - 35 % 30 % 33 % Informationen zum Fahrzeug- und Maschinenbau 80 % 70 % 60 % positives Potenzial negatives Potenzial 25 % 20 % 12,9 % Anteil am Industriestromverbrauch 50 % 40 % 15 % 10 % 30 % 20 % 10 % 5 % 0 % 0 % el. betriebene Härteöfen positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 Bildquelle: Wikipedia Induktionsöfen, Fa. Driesch GmbH, Anlagentechnik Zugriff: % FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00010 positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ positiv negativ Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Lastflexibilisierungspotenzial Typische Anlagen im Normalbetrieb Pumpen Lüftung Kältemaschine Beleuchtung (pro Halle) Druckluft Typ. Größenordnung in kw Mittlere Leistung in %* % % % % % Realisierbares Potenzial Flexibler Anteil in %* 5 10 % 5 10 % 5 50 %** 0 % %** 5 35 % 5 15 % 0 % % % Dauer in min ** ** < 10 sec < 10 sec Häufigkeit ein bis mehrmals pro Tag möglich * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch höherer flex. Anteil bzw. längerer Abruf möglich Abbildung 10-6: Steckbrief Fahrzeug- und Maschinenbau

141 Zusammenfassung Flexible Leistung bez. P INST in % Prozesstechnik Weiterführende Diskussion des Konfliktfeldes DSM und Energieeffizienz 135 Typische Anlagen Brunnenwasserpumpen (Wasserversorgung) 1 Abwasserhebewerke (Kläranlagen) Gebläse (biolog. Stufe in Kläranlagen) Typische Größenordnung in kw Technisches Potenzial Flexibler Anteil* % 0 60 % % % - Dauer in min ** Häufigkeit Bis zu täglich Ein- bis mehrmals pro Tag möglich 120 % 100 % 100 % Informationen zur Wasserversorgung und -entsorgung 80 % 60 % 60 % Potenzial Wasserversorgung abhängig vom Füllstand Reservoir 40 % 20 % 0 % Wasserversorgung positives Potenzial negatives Potenzial FfE DENA-02#A DSM-Pilot Bayern_mbH_00004 * bezogen auf P inst. ** in Ausnahmefällen auch längerer Abruf möglich 1 Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung: Kurz- bis Mittelfristig realisierbare Marktpotenziale für die Anwendung von Demand Response im gewerblichen Sektor Abbildung 10-7: Steckbrief Wasserversorgung und -entsorgung