Eine verlässliche Säule der Energieversorgung – Bedingungen für einen nachhaltigen Beitrag

Der PV-Anteil an der Stromversorgung bewegt sich heute in einer Größenordnung, die eine weitere Steigerung nur nach einem Ausbau des Netzes und der Speicherkapazität im Netz denkbar erscheinen lässt – so wie es Studien bereits vor Jahren vorhergesagt haben. Diese Anforderungen werden folgerichtig in Angriff genommen, dominieren heute die Diskussion um die Netzintegration und bremsen seit Jahren den Zubau von PV-Anlagen aus. Es ist deshalb höchste Zeit zu überprüfen, ob dies tatsächlich der nächste Schritt auf dem Weg zur Vollversorgung mit erneuerbaren Energien ist. Dabei wird deutlich, dass die erneuerbaren Energien – und damit auch die Photovoltaik – ganz andere Herausforderungen zu bewältigen haben, damit sie sich bald als eine verlässliche Säule der Energieversorgung bewähren können. Einige dieser technischen Qualifikationen sollen hier aufgeführt werden, um den aktuellen Handlungsbedarf für ein schnelles Gelingen der Energiewende zu unterstreichen.

Lokal: Dezentrale Einspeiser im Verbundnetz

Die installierten 40 GWp PV-Kraftwerkskapazität in Deutschland sind auf über 1,5 Millionen PV-Anlagen meist im Privatbesitz verteilt [1], welche zu großen Teilen nicht oder nur eingeschränkt erreichbar sind. Je nach Baujahr und Leistungsklasse weisen diese Kleinkraftwerke bezüglich ihres Einspeiseverhaltens ein buntes Spektrum an Eigenschaften auf. Von der autonomen Einspeisung (1. Generation) bis hin zur stufenweise steuerbaren Leistung sind viele Varianten vorhanden und auch die Beiträge zur Netzstützung (2. Generation; Blindleistung, Stützung bei Netzfehlern, etc.) sind sehr uneinheitlich. Für den Netzbetreiber ist dies ebenso eine Herausforderung wie für einen Energieanbieter, der diese Kraftwerke disponiert. Die vielen kleinen verteilten PV-Anlagen können nur dann effizient genutzt werden, wenn sie auch verlässlich zur Verfügung stehen. Für technisch veraltete PV-Anlagen werden nach Ablauf der garantierten Einspeisevergütung voraussichtlich wirtschaftlich unattraktive Bedingungen vorliegen, sodass sie sukzessive ihren Betrieb einstellen und die PV-Kraftwerkskapazität schrumpfen wird. Die Mehrzahl der vielen dezentral einspeisenden Kraftwerke ist heute von einem Netzmanagement nicht vernünftig disponierbar. Aufgrund von Überkapazitäten hat die Netzstabilität bisher nicht darunter gelitten [2]. Aber nur wenn die PV-Kraftwerke bereits heute darauf vorbereitet werden, zentral konfigurierbar zu sein, können sie auch in Zukunft kurzfristig aufkommende Anforderungen erfüllen (Negativbeispiel: 50,2 Hz-Nachrüstung) und einen verlässlichen Beitrag zur elektrischen Energieversorgung liefern. Die Energie von solchen PV-Anlagen hat für den Netzbetreiber dann auch einen gewissen Wert und wahrt für den Anlagenbetreiber die Chance auf eine bessere Vergütung.

Regional: Regelleistung

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der flexiblen Bereitstellung von Wirk- und Blindleistung, wie in den zurückliegenden beiden Symposien gezeigt wurde [3] [4]. Dabei können viele Erfahrungen aus dem einst zentral strukturierten Energieversorgungssystem direkt übernommen oder einfach adaptiert werden. Dies gelingt dann besonders gut, wenn, wie im Falle der Blindleistungsbereitstellung, eine Versorgung möglich ist, die zum einen tageszeitunabhängig ist (Bereitstellung von Blindleistung in der Nacht) und die zum anderen den vollen Stellbereich abdecken kann (voller Zweiquadrantenbetrieb). Für die Wahrung eines stabilen Netzbetriebes sind hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit von Regelleistung (Wirkleistung) zu stellen, die künftig von den regelleistungsfähigen PV-Wechselrichtern zu erbringen sind. Hier reicht es nicht, den Fahrplan für eine erfolgreiche Energiewende an den historisch gewachsenen Leitregeln auszurichten. Es bedarf eines ganzheitlichen Konzeptes zur Bereitstellung von Regelleistung aus PV-Anlagen. Dies umfasst in Zusammenarbeit mit den vier Übertragungsnetzbetreibern auch die Ausarbeitung sinnvoller und diskriminierungsfreier Kriterien zur Einbindung von fluktuierenden Erzeugungsanlagen in den Regelleistungsmarkt. Bei einem nachhaltigen Umbau der Energieversorgung wird zukünftig immer häufiger eine vollständige Versorgung durch Wind und Photovoltaik gegeben sein, wobei dann auch die Regelleistung vollständig durch diese Erzeuger bereitgestellt wird. Bei der Erbringung von Regelleistung ist eine hohe Genauigkeit und Dynamik für den stabilen Betrieb des Energieversorgungssystems unerlässlich. Die zu erwartenden Leistungen bei einem Abruf müssen stets bekannt sein, sodass es nicht zu unzulässigen Pendelungen kommt. Hierzu existieren mehrere Kriterien, die bei der Präqualifikation sowie in der Vorhaltungs- und in der Abrufphase erfüllt werden müssen. Diese sind zusätzlich abhängig von der jeweiligen Regelleistungsart [5] [6]. Allerdings sind diese Anforderungen historisch gewachsen und somit auf konventionelle thermische Anlagen ausgelegt. Sie basieren auf dem Verfahren „Fahrplan“, das aktuell Anwendung findet. Demnach erfolgt die Einspeisung nach einem festgelegten Fahrplan, der als Referenzwert für die zu erbringende Regelleistung genutzt wird. Für fluktuierende Erzeuger ist diese Betriebsweise jedoch nicht effizient anwendbar. Um das technische Potential fluktuierender Erzeuger kosteneffizient zu nutzen, wird daher das alternative Verfahren „Mögliche Einspeisung“ vorgeschlagen. Untersuchungen zur Anwendung des Verfahrens „Mögliche Einspeisung“ bei Windkraftanlagen zeigten die prinzipielle Machbarkeit [5]. Inzwischen sind erste Anforderungen an das Verfahren „Mögliche Einspeisung“ veröffentlicht und deren Praxistauglichkeit wird im Rahmen einer Pilotphase validiert [7]. Zudem konnte bereits gezeigt werden, dass mittels innovativer Regelungskonzepte für PV-Wechselrichter das Verfahren „Mögliche Einspeisung“ mit hoher Genauigkeit realisierbar ist. [8]. Darüber wurden Konzepte für den gepoolten Betrieb von PV-Anlagen in sogenannten virtuellen Kraftwerken untersucht, die weitere Vorteile für die Regelleistungsbereit-stellung erschließen.