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Lastflexibilisierungspotenziale industrieller Querschnittstechnologien unter Berücksichtigung zunehmender Energieeffizienz

Entwicklungen des Energiebedarfs im Industriebereich

Vortrag bei der IEWT 2013 in Wien


Autoren:
Anna Gruber (1), Serafin von Roon (1), Sebastian Peraus (1), Tim Buber (1), Thomas Gobmaier (1)

(1) FfE Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH


Motivation und zentrale Fragestellung

Die zunehmende elektrische Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien führt zu zunehmenden Herausforderungen, da zu jedem Zeitpunkt ein Gleichgewicht zwischen eingespeister und verbrauchter elektrischer Energie herrschen muss. Neben Speichern kommt daher dem so genannten Lastmanagement eine bedeutende Rolle im zukünftigen Energiesystem zu. Aufgrund der niedrigeren Transaktionskosten im Vergleich zu anderen Sektoren werden hohe in der Industrie erwartet. Von besonderem Interesse sind hierbei die Querschnittstechnologien, da einerseits ein hoher Anteil des Stromverbrauchs auf diesen Bereich fällt und andererseits die Skalierbarkeit möglicher Geschäftsmodelle gegeben ist. In den USA wird Lastmanagement unter dem Schlagwort Demand Response seit über einer Dekade bereits in großem Umfang betrieben. In Deutschland und Österreich befindet sich dieses Geschäftsmodell noch in der Anfangsphase. Die ersten Akteure – so genannte Demand Response Aggregatoren – haben mit der technischen und wirtschaftlichen Umsetzung begonnen. Es stellt sich die Frage, wie hoch die realisierbaren Potenziale sind. Des Weiteren wird der Frage nachgegangen, ob die zunehmende Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen einen wesentlichen Einfluss auf das Lastflexibilisierungspotenzial hat.

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Abbildung 1: Vergleich des Lastflexibilisierungspotenzials vor und nach Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen [6] (siehe unten: Ergebnisse und Schlussfolgerungen)


Methodische Vorgangsweise

Im Rahmen einer Literaturrecherche wurden die einschlägigen Untersuchungen zum Lastflexibilisierungspotenzial [1], [2], [3], [4] mit zwei wissenschaftlichen Untersuchungen an der FfE verglichen [5], [6]. Bei den ausgewiesenen Potenzialen ergeben sich deutliche Unterschiede. Daher wurde nach folgenden Kriterien die jeweilige Berechnung des Potenzials bewertet:

  • Unterscheidung nach positiver und negativer Leistung
  • Berücksichtigung der Bereitstellungsdauer
  • Unterscheidung nach Prozess- und Querschnittstechnologien
  • Verwendeter Potenzialbegriff (theoretisches, technisches, wirtschaftliches oder praktisches Potenzial)
  • Betrachtungsjahr

Des Weiteren wurde der Einfluss von Effizienzmaßnahmen auf das Lastverschiebepotenzial von Querschnittstechnologien untersucht. Hierfür wurden im ersten Schritt Maßnahmenpakete für die wichtigsten Querschnittstechnologien definiert. Diese wurden nach den Kriterien einer besonders hohen internen Verzinsung und geringer organisatorischer Hemmnisse ausgewählt. Im zweiten Schritt wurde analysiert, wie sich die Maßnahmen auf die elektrische Last (minimale, mittlere und maximale Leistung) auswirken. Weitere Aspekte der Flexibilisierung wie z.B. Speicherfähigkeit wurden berücksichtigt. Das Lastflexibilisierungspotenzial vor und nach Umsetzung der Maßnahmenpakete wurde miteinander verglichen.


Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die in der Literatur ausgewiesenen Potenziale für Lastmanagementpotenziale in der Industrie unterscheiden sich bis um den Faktor neun. Das minimal ausgewiesene Potenzial liegt dennoch um ein Vielfaches über der im Jahr 2012 tatsächlich aktivierten Leistung. Ein Teil der Unterschiede in den Studienergebnissen kann durch verschiedene zugrunde gelegte Potenzialbegriffe erklärt werden. Weitere Abweichungen sind jedoch auf eine unterschiedliche Datengrundlage und methodische Unterschiede in der Berechnung zurückzuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass in Bezug auf diesen wichtigen Baustein der Energiewende weiterhin große Unsicherheit besteht. Des Weiteren muss berücksichtigt werden, dass in den Studien meist eine isolierte Potenzialbetrachtung durchgeführt wurde. Lastflexibilisierung kann als funktionaler Speicher beschrieben werden und steht somit in Konkurrenz zu Stromspeichern und weiteren Flexibilisierungsoptionen wie z.B. Power to Heat.

Die Auswirkungen einer Umsetzung der definierten Energieeffizienzmaßnahmenpakete auf das Lastflexibilisierungspotenzial zeigt Abbildung 1. Die Umsetzung der angenommen Maßnahmen würde zu einer Stromeinsparung von 9,4 % führen.

Es wird deutlich, dass das positive Leistungspotenzial (Reduzierung des Verbrauchs) bei allen betrachteten Querschnittstechnologien aufgrund der Effizienzsteigerung sinkt. Das negative Leistungspotenzial (Erhöhung des Verbrauchs) steigt hingegen bei der Druckluft, der Prozesskälte und der Lüftung. Im Rahmen einer Szenariobetrachtung bis zum Jahr 2022 konnte gezeigt werden, dass eine Zunahme des positiven Leistungspotenzials zukünftig trotz Umsetzung der Effizienzmaßnahmen zu erwarten ist. Für die Berechnung wurde angenommen, dass eine Produktionswertsteigerung im gleichen Maße wie in den letzten zehn Jahren stattfindet und der Anteil der elektrischen Energie am Endenergiemix in der Industrie weiter steigt.


Hier geht's zum Download der Langfassung:


Literatur

[1] Klobasa, M.: Dynamische Simulation eines Lastmanagements und Integration von Windenergie in ein Elektrizitätsnetz auf Landesebene unter regelungstechnischen Kostengesichtspunkten. Dissertation, Zürich 2007

[2] Integration erneuerbarer Energien in die Stromversorgung im Zeitraum 2015-2020 mit Ausblick auf 2025 - dena Netzstudie II. Berlin: Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), 2010

[3] Stadler, I,: Demand Response: Nichtelektrische Speicher für Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien. Habilitation, Kassel 2005

[4] Demand Side Integration – Lastverschiebungspotenziale in Deutschland. Frankfurt a.M.: Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE), 2012

[5] Von Roon, S.; Gobmaier, T.: Demand Response in der Industrie – Status und Potenziale in Deutschland. München 2010

[6] Peraus, S.: Auswirkungen von Energieeffizienzmaßnahmen auf das Lastflexibilisierungspotenzial. Diplomarbeit, München 2012


Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. (FH) Anna Gruber, Dr.-Ing. Serafin von Roon, Dr.-Ing. Thomas Gobmaier