Was ist… AS (Ancillary Service)? Teil I

Energie, die oft als Lebenselixier der modernen Zivilisation bezeichnet wird, ist die treibende Kraft hinter dem technischen Fortschritt und dem wirtschaftlichen Wachstum, das wir heute erleben. Insbesondere Elektrizität ist das Rückgrat unserer Gesellschaft und versorgt unsere Haushalte, Industrien und Volkswirtschaften mit Energie. Ohne eine zuverlässige und sichere Energieversorgung kämen Entwicklung und Fortschritt zum Stillstand. Da der Energiebedarf der Welt weiterhin schneller steigt als die Bevölkerung, steht die Gewährleistung des Zugangs aller zu einer sicheren und kontinuierlichen Energieversorgung im Mittelpunkt zahlreicher Forschungsprojekte weltweit. Dreh- und Angelpunkt vieler solcher Bemühungen ist die Energieeffizienz, die aufgrund ihrer weitreichenden finanziellen und sicherheitstechnischen Auswirkungen sowohl für Energieversorgungsunternehmen als auch für Verbraucher ein vorrangiges Ziel bleibt.

Auf der Suche nach einem widerstandsfähigeren und effizienteren Energieökosystem sind verschiedene Förderprogramme entstanden. Diese Systeme, wie z. B. Demand Side Management (DSM), Erzeugungs- und Verbrauchsflexibilität, Sektorkopplung (Elektrifizierung von Mobilität und Heizung) und Ancillary Services (AS), spielen eine zentrale Rolle. Unter diesen nehmen die Ancillary Services, zu deutsch Hilfsdienste oder Zusatzdienstleistungen, einen besonderen Platz ein. Sie umfassen Maßnahmen und Funktionen, die den Betreibern von Stromübertragungs- und -verteilungsnetzen dabei helfen, eine zuverlässige und sichere Stromversorgung aufrechtzuerhalten. Im Wesentlichen dienen die AS als Sicherheitsnetz, das den Betrieb der Stromnetze innerhalb bestimmter Sicherheits- und Lieferparameter gewährleistet. Diese Dienstleistungen werden in der Regel von Dritten erbracht, oder von den Netzbetreibern, die auf verschiedenen Spannungsebenen innerhalb des Netzes arbeiten.

Eine der treibenden Kräfte hinter dem wachsenden Bedarf an AS ist der zunehmende Anteil erneuerbarer Energiequellen (EE) an der weltweiten Stromversorgung. Prognosen von Organisationen wie dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) deuten darauf hin, dass erneuerbare Energiequellen bis 2050 bis zu 88 % des Energiemixes ausmachen könnten. Vor allem die Photovoltaik und die Windkraft stehen bei der Installation neuer Kapazitäten im Mittelpunkt. Der Anstieg dieser unregelmäßigen Energiequellen bringt jedoch die Herausforderung mit sich, ein stabiles Stromnetz aufrechtzuerhalten. Hier kommen verteilte Energiequellen (Distributed Energy Sources, DER) und verteilte erneuerbare Energiequellen (Distributed Renewable Energy Sources, DRES) ins Spiel. Wenn diese Quellen gebündelt und effizient verwaltet werden, haben sie das Potenzial, einen Wettbewerbsvorteil zu bieten, indem sie die Probleme näher am Ort der Erzeugung und des Verbrauchs angehen.

Die Hauptaufgabe der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) besteht darin, die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten, was durch eine genaue Überwachung und den Einsatz verschiedener AS erreicht wird. Viele der heute eingesetzten AS konzentrieren sich bis zu einem gewissen Grad auf die Frequenz- und Spannungsregelung. Mit der zunehmenden Verbreitung von DRES in den Verteilungsnetzen entstehen jedoch technische Komplexitäten in verschiedenen Netzelementen. Um diese Probleme zu lösen, werden verschiedene AS erforderlich.

Die globale Energielandschaft entwickelt sich in einem noch nie dagewesenen Tempo. Da konventionelle Stromerzeugungsquellen nach und nach ersetzt werden, ist mit häufigeren Netzstörungen zu rechnen. Dieser Wandel wird nicht nur technische Herausforderungen mit sich bringen, sondern auch wirtschaftliche und regulatorische Veränderungen. Diese Anpassungen sind für den zuverlässigen Betrieb des Netzes unter neuen Bedingungen von entscheidender Bedeutung.

In diesem Umfeld bieten die europäischen Stromnetze und Energiemärkte wertvolle Einblicke. Diese Systeme sind ausgereift, gut koordiniert und entwickeln sich ständig weiter, was sie zu einer reichhaltigen Informationsquelle für weitere Untersuchungen macht. Der zunehmende Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix hat Auswirkungen auf die Sicherheit der Stromerzeugung. Die inhärenten Schwankungen der Solar- und Windenergie, die in den letzten zehn Jahren ein bemerkenswertes Wachstum verzeichnet haben, stellen eine potenzielle Bedrohung für eine sichere und kontinuierliche Stromversorgung dar. Infolgedessen besteht ein wachsender Bedarf an Reservekapazitäten, die bei Störungen aufgrund unzureichender Stromeinspeisung in das Netz aktiviert werden können, insbesondere wenn die Nachfrage das Angebot übersteigt.

AS sind per Definition Dienstleistungen, die den reibungslosen Betrieb der Stromversorgung innerhalb akzeptabler Grenzen gewährleisten. Sie können von Dritten oder von den Netzbetreibern selbst angeboten werden, z. B. von Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) und Verteilernetzbetreibern (VNB). Die Art dieser Dienstleistungen kann je nach Art des Stromnetzes und der Vorschriften für die Stromhandelsmechanismen variieren. So erfordern beispielsweise Mikronetze aufgrund der unterschiedlichen Spannungsebenen andere Dienstleistungen als das Übertragungsnetz.

Für das European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSOE), eine kooperative Organisation der europäischen Übertragungsnetzbetreiber, werden AS unter drei „Oberbegriffen“ klassifiziert:

• Frequency AS: Diese Dienste konzentrieren sich auf den Ausgleich von Angebot und Nachfrage, um Frequenzabweichungen zu vermeiden.
• Dienste für das Engpassmanagement: Diese Dienste helfen bei der Bewältigung von Engpässen im Stromnetz.
• Non-Frequency AS: Diese Kategorie umfasst die Spannungsregelung (mit Blindleistungskompensation) und die Netzwiederherstellung (Ermöglichung der Wiederherstellung von Teilen des Netzes nach einem Blackout).

Frequenzregelung

Die Frequenzregelung ist das Kernstück einer robusten Stromversorgungskette. Sie umfasst mehrere Dienste, die dazu dienen, das Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -verbrauch aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Störungen. Die folgenden Schlüsseldienste sind in dieser Hinsicht von entscheidender Bedeutung:

• Die Frequenzeindämmungsreserve wirkt schnell und reagiert auf positive oder negative Abweichungen innerhalb von nur 30 Sekunden.

• Die sekundäre Frequenzregelung umfasst zwei Hauptdienste, die automatische Frequenzwiederherstellungsreserve (aFRR) und die manuelle Frequenzwiederherstellungsreserve (mFRR). Die aFRR tritt innerhalb von 30 Sekunden nach einer Abweichung in Aktion und soll die gewünschte Frequenz wiederherstellen.

• Ersatzreserve (RR): Die RR kommt bei der tertiären Frequenzregelung ins Spiel. Sie steht bereit, um zusätzliche Ungleichgewichte auszugleichen und die Stabilität der Stromversorgung zu gewährleisten.

Dienst für Engpassmanagement

Das Stromnetz ist nicht immun gegen Überlastungsprobleme, insbesondere wenn Strom von der Erzeugung zu den Verbrauchsstellen fließt. Engpässe entstehen in der Regel, wenn Übertragungsleitungen überlastet werden und ihre Tragfähigkeit, thermische Kapazität oder Leistungsflussgrenzen überschreiten. Es ist wichtig zu verstehen, dass Engpässe in verschiedenen Formen auftreten können:

• Marktüberlastung: Dies ist der Fall, wenn nicht alle von den Marktteilnehmern eingereichten Handelsaufträge ausgeführt werden können, was den Betrieb des Stromnetzes beeinträchtigen kann.

• Physikalische Engpässe: Diese Art von Engpässen hängt mit Problemen des Stromflusses zusammen, insbesondere in Bezug auf die Elemente des Stromnetzes und deren Funktion innerhalb des Netzes.

• Strukturelle Engpässe: Diese Form von Engpässen ergibt sich aus wiederkehrenden Ereignissen unter normalen Betriebsbedingungen.

Spannungsmanagement und Netzwiederherstellung

Spannungsmanagement und Netzwiederherstellung sind zentrale Dienstleistungen zur Gewährleistung der Netzstabilität. Spannungsregelung und Blindleistungskompensation spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromnetzes. Mit diesen Dienstleistungen sollen Schäden an physischen Anlagen und Abschaltungen von Erzeugungseinheiten verhindert werden.

Die von rotierenden Massen erzeugte Blindleistung ist für die Erzeugung der für den Betrieb des Stromnetzes wichtigen magnetischen Drehfelder unerlässlich. Die Spannungsregelung wird durch verschiedene hierarchische Prozesse erreicht, wobei die primäre, sekundäre und tertiäre Spannungsregelung auf Abweichungen in unterschiedlichen Zeiträumen reagiert. Automatische Spannungsregler und statische Kompensatoren sind wesentliche Komponenten für die Bereitstellung dieser Dienste.

Netzwiederherstellung

Umfasst Maßnahmen und Aktionen, um das Stromnetz nach einer erheblichen Störung, z. B. einem Stromausfall, wieder voll funktionsfähig zu machen. Schwarzstartkapazitäten, einschließlich konventionellem Strom, Pumpspeicherkraftwerken und Wasserkraftwerken, sind für die Wiederinbetriebnahme von Teilen des Netzes und die Begrenzung von Störungen unerlässlich.

Eine gut funktionierende Stromversorgungskette muss sich auf ein empfindliches Gleichgewicht von Frequenzregelung, Engpassmanagement, Spannungsregelung und Systemwiederherstellung stützen. Diese Dienste arbeiten harmonisch zusammen, um sicherzustellen, dass unser Stromnetz stabil bleibt, auch angesichts verschiedener Herausforderungen und Störungen. Mit der Entwicklung der Energielandschaft wird die Bedeutung dieser Dienste, die die Zuverlässigkeit unserer Stromversorgung gewährleisten, immer deutlicher.

Wir hoffen, dass wir Dir näher bringen konnten, was ein Ancillary Service ist. Falls dich das Thema interessiert kannst du gerne immer mal wieder vorbeischauen, bei unserem nächsten „Was ist…?“ Beitrag wird es thematisch passend um den Markt von Ancillary Services gehen.

Bei Fragen steht dir Evyatar Littwitz gerne zur Verfügung.

Hast Du Wünsche, hinsichtlich zukünftiger Beiträge in der „Was ist…?“-Reihe? Dann lass es uns gerne in den Kommentaren wissen und wir geben unser Bestes, das Thema abzudecken.

Dein Es-geht! Team