Studie: Die Einbindung dezentraler Erzeugungsanlagen ins Stromnetz
In der Studie Analyse der Ansteuerbarkeit von elektrischen Erzeugern und Verbrauchern, die das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) erstellt hat, wird aufgezeigt, welche Mengen an kleinen dezentralen Erzeugern, Speichern und Lasten künftig neben großen erneuerbaren Erzeugungsanlagen in den Netzbetrieb integriert werden müssen.
Die aktuell von Großkraftwerken erbrachten Systemdienstleistungen sollen perspektivisch von dezentralen Erzeugungsanlagen bereitgestellt werden. Um die Versorgungssicherheit in einer Energielandschaft zu gewährleisten, die von einem hohen Anteil Erneuerbarer Energien geprägt ist, spielt die sogenannte Ansteuerbarkeit von Stromerzeugungsanlagen und Speichern eine immer wichtigere Rolle. Um einen jederzeit sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten, muss entsprechend auf Stromüberschuss-Situationen oder Netzengpässe reagiert werden. Zu diesem Zweck sind im Rahmen der Studie die Erzeugungsanlagen, Speicher und steuerbare Lasten hinsichtlich relevanter technischer und organisatorischer Kriterien analysiert worden.
Auf der Erzeugungsseite lag der Fokus auf Erneuerbaren Energien aus Wind und Photovoltaik. Auf der Verbraucherseite wurden als Lasten Batteriespeicher, Wärmepumpen und Ladesäulen einbezogen. Bisher existiert kein Gutachten über die bereits ansteuerbaren Energieerzeugungs-Anlagen (EZA), Lasten und Speicher, das dabei hilft, Konzepte für zukünftig in Betrieb gehende Anlagen an den Bedarf nach ansteuerbarer Leistung im System anzupassen. Eine erste Datengrundlage bietet das Marktstammdatenregister (MaStR) der Bundesnetzagentur (BNetzA), das bereits eine Angabe zur Ansteuerbarkeit von EZA enthält. Da die Einträge für die Kategorie Fernsteuerbarkeit im Marktstammdatenregister keine Pflichteingabe sind, stammen die Angaben zur Fernsteuerbarkeit überwiegend von den Netzbetreibern.
Aufgrund unterschiedlicher gesetzlicher Rahmenbedingungen in der Vergangenheit verfügen die Anlagen über verschiedenartige Konfigurationen in Hinblick auf ihre Ansteuerbarkeit am Netz. Deshalb wurde die derzeitige Menge an ansteuerbaren und nicht ansteuerbaren EZA, Lasten und Speichern untersucht und vor allem, welche Mengen an EZA, Lasten und Speichern durch Vermarkter und Netzbetreiber ansteuerbar sind.
Für die Erzeugungsanlagen und Speicher diente eine Auswertung des Marktstammdatenregisters als Basis. Rund 90 Prozent der ca. 3,3 Millionen Photovoltaik-Anlagen in Deutschland bewegen sich im Leistungssegment unterhalb 25 kW Anlagenleistung und sind in den Niederspannungsnetzen angeschlossen. Auf diese PV-Anlagen entfällt rund ein Drittel der Gesamtleistung, die bei rund 75 GW liegt. Die verbleibenden zehn Prozent bestehen aus größeren PV-Anlagen, die rund zwei Drittel der Gesamtleistung liefern. Bei der Windenergie spielen Parks ab einer Leistung von einem Megawatt hinsichtlich der Anzahl und der Gesamtleistung eine nennenswerte Rolle. Der Schwerpunkt liegt in dem Segment zwischen 2 und 10 MW.
Im Bereich der Kraftwärmekopplung gibt es rund 70.000 Kleinanlagen im ein- oder zweistelligen kW-Bereich, deren Gesamtleistung unter 1 GW liegt und nur gering ins Gewicht fällt. Ein Drittel der gesamten KWK-Leistung von rund 25 GW wird durch Anlagen im zweistelligen MW-Bereich erbracht. Rund zwei Drittel der installierten elektrischen KWK-Leistung von 50 GW wird von einigen wenigen Anlagen oberhalb von 104 MW erzeugt. Bei der Biomasse stammen 95 Prozent der installierten Nennleistung von rund 8 GW aus 20.000 Anlagen mit einer Leistung zwischen 300 kW und 20 MW. Hinzu kommen etwa 7.500 Biomasseanlagen mit 135 bis 270 kW, die eine Gesamtleistung von rund 1,6 GW erbringen.
Für jede der Technologien wurde analysiert, wie viele Anlagen und wie viel Leistung an welche Netzebene angeschlossen sind. Bei den Erzeugungsanlagen, die an ein Niederspannungsnetz angeschlossen sind, dominieren mit rund 36 GW die PV-Anlagen. Der Großteil der Anlagenleistung von rund 71 GW ist an ein Mittelspannungsnetz und rund 47 GW an ein Hochspannungsnetz angeschlossen.
Auf der Seite der Verbraucher sind wiederum die Wärmepumpen der einfachste Fall. Ihre Leistung inklusive elektrischer Notheizung ist immer größer als 4,2 kW. Durch die im Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) verankerte Regelung §14a EnWG zum Umgang mit steuerbaren Verbrauchseinrichtungen kann davon ausgegangen werden, dass diese bis 2037 fast alle steuerbar sein werden. Ladesäulen (Wallboxen) zur Ladung von e-Kfz sind zwar leistungsstärker als die Mindestgrenze nach §14a EnWG, aber hier steckt die Herausforderung in der Bestimmung der Anzahl betroffener privater Einheiten. Die zukünftige Leistungsverteilung konnte auf Basis der Verteilung aus 2023 abgeschätzt werden. Öffentliche Ladepunkte sind derzeit nicht von §14a EnWG betroffen und bleiben daher in der Schätzung nicht-steuerbar.
