Für die optimale Bilanz

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Das Ziel ist klar formuliert: Im Jahr 2025 sollen KWK-Anlagen in Deutschland 120 TWh Nettostrom erzeugen. So steht es in der aktuellen Fassung des KWK-Gesetzes. Die Bundesregierung fördert die hocheffiziente Energiegewinnung durch KWK, um diese stärker in den Strommarkt zu integrieren. Anlagen im Eigenverbrauch werden künftig weniger bezuschusst als Anlagen, die in ein Netz der öffentlichen Versorgung einspeisen. Die Betreiber sollen mit ihren KWK-Anlagen die fluktuierenden erneuerbaren Energien ergänzen sowie eventuell entstehende Versorgungslücken schließen.

Viele Industrieunternehmen benötigen für ihren Betrieb neben elektrischem Strom auch Wärme und Prozessdampf für Heiz- oder Kühlzwecke oder für Produktionsprozesse. Die KWK deckt diesen Bedarf gekoppelt ab; die Anlagen erreichen Wirkungsgrade von bis zu 90 %. „Die CO2-Bilanz der kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme ist im Vergleich zur getrennten Erzeugung deutlich besser“, sagt Dr. Sleman Saliba aus dem Bereich Power Generation im Geschäftsbereich Energietechnik bei ABB. „Für die Konzeption der Anlage ist es entscheidend, ob die Anlage strom- oder wärmebedarfsorientiert gefahren wird und welchen Auslastungsgrad sie erreichen soll.“

Energiemengen im Gleichgewicht

Für Stadtwerke, regionale Energieversorger und Industrieunternehmen mit Eigenerzeugung, die KWK-Strom in ein Netz der öffentlichen Versorgung einspeisen, stellt die KWK einen planbaren Bestandteil des sogenannten Bilanzkreises dar. In diesem virtuellen Energiemengenkonto fasst ein Stromhändler alle Einspeise- und Entnahmestellen innerhalb einer Regelzone sowie Fahrplanlieferungen von und zu anderen Bilanzkreisen zusammen. Das Ziel besteht darin, den Bilanzkreis durch Fahrplanmanagement zu saldieren, sodass die in das Netz eingespeiste Energiemenge der verbrauchten Energiemenge entspricht. Unvermeidbare Abweichungen aufgrund von Prognoseungenauigkeiten werden dem Bilanzkreisverantwortlichen – beispielsweise einem Energieversorgungsunternehmen, das Endkunden beliefert, oder einem Kraftwerksbetreiber, der erzeugte Energiemengen vermarktet – in Rechnung gestellt.

Damit die Leistungsbilanz, also die Summe der Entnahmen und Einspeisungen, ausgeglichen ist, erstellen die Bilanzkreisverantwortlichen in der Regel am Vortag eine möglichst exakte Prognose auf Viertelstundenbasis für die zu erwartenden Lastbezüge und -entnahmen. Der steigende Anteil erneuerbarer Energien macht diese Prognosen schwieriger. Um Schwankungen bei der Einspeisung abmildern zu können, empfiehlt sich ein breites Anlagenportfolio, das sowohl volatile als auch flexibel steuerbare Stromerzeuger und -verbraucher beinhaltet. „Insbesondere die Speichermöglichkeiten von Blockheizkraftwerken sind prädestiniert dafür, den Bilanzkreis in der Echtzeitoptimierung der letzten Viertelstunde noch ausgeglichen zu halten“, sagt Dr. Sleman Saliba.

Auf die Viertelstunde genau

Die Anforderungen, die das Bilanzkreismanagement mit sich bringt, erhöhen den Mehraufwand bei der Überwachung und Verwaltung der Anlagen sowie bei der Stromvermarktung erheblich. Die ABB-Software OPTIMAX PowerFit versetzt Betreiber in die Lage, ihre Bilanzkreise in jeder Viertelstunde optimal zu bewirtschaften und die Flexibilität der vorhandenen regelbaren Einheiten – Erzeuger, Verbraucher und Speicher – gewinnbringend einzusetzen. „Das System trifft kosteneffektive Entscheidungen und koordiniert unter Beachtung der Vorhersageinformationen sowie der Vorgaben der Übertragungsnetzbetreiber die Produktion und den Verbrauch“, erklärt Dr. Sleman Saliba. „Auf diese Weise lassen sich Einsparungen von 5 bis 15 % erzielen.“ OPTIMAX PowerFit sammelt zentral alle Informationen und berechnet damit, wie sich das Gesamtsystem wirtschaftlich steuern lässt.

„Das System erzielt Einsparungen zwischen 5 und 15 %.“
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Die Software OPTIMAX PowerFit passt die Einzelfahrpläne der steuerbaren technischen Einheiten unter Berücksichtigung der gegebenen Rahmenbedingungen so an, dass die Abweichung vom nominierten Fahrplan minimal ist.

Integration ins Leitsystem

Das ABB-Bilanzkreisoptimierungskonzept setzt sich aus den drei aufeinander aufbauenden Stufen Day-Ahead, Intra-Day und Intra-Period zusammen. Ihnen liegt jeweils ein eigener Zeithorizont für die Vorausplanung zugrunde, beispielsweise 72 h, 12 h und 15 min. Jede Stufe bildet für sich eine vom aktuellen Anlagenzustand abhängige, zyklische Berechnung für die Optimierung in Echtzeit. Dafür verwendet die redundant aufgebaute Lösung mathematische Systemmodelle der einzelnen Verbraucher- und Erzeugungsanlagen sowie der gegebenen Bilanzkreise.

Jede der drei Stufen ist auch separat wirtschaftlich einsetzbar: die Day-Ahead- und Intra-Day-Optimierung zur Einsatzplanung, die Echtzeitoptimierung zur optimalen Steuerung und Regelung der Anlagen im Bilanzkreis oder im virtuellen Kraftwerk. Offene Schnittstellen ermöglichen die Konnektivität zu den meisten Leitsystemen – unabhängig vom Hersteller. Mit der Software OPTIMAX PowerFit unterstützt ABB Energieversorger und Industrieunternehmen dabei, ihre Anlagen wirtschaftlich optimal einzusetzen, ihre Erlöse aus der gekoppelten Erzeugung von Kraft und Wärme zu maximieren und die Kosten für Bilanzkreisabweichungen zu minimieren.