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Regelenergie und Regelleistung durch Solarstrom

Was ist Regelenergie? Wie kann eine Solaranlage Regelleistungen erbringen?

Um Netzstörungen zu vermeiden, muss jederzeit genau so viel Strom erzeugt und eingespeist werden, wie aktuell verbraucht wird. Hierzu wird die Bereitstellung von positiver und negativer Regelenergie nötig. Regelenergie kann über Stromspeicher auch aus Solaranlagen bereitgestellt und auch aufgenommen werden. Betreiber von Solarstromspeichern können so am Regelenergiemarkt relevante Zusatzerlöse erzielen.

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Regelleistung: Zur Aufrechterhaltung des Leistungsgleichgewichts benötigen die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) Regelenergie in verschiedenen Qualitäten. Regelenergie wird auf einem offenen, transparenten, liqiuiden und diskriminierungsfreien Markt gehandelt, der von den ÜNB betrieben wird. Ein Bedarf an Regelleistung entsteht, sobald die Summe der aktuellen Einspeisungen von der Summe der aktuellen Entnahmen abweicht. Diese Abweichungen verursachen Schwankungen in der Netzfrequenz. Wichtigstes Regelkriterium der ÜNB ist daher die Netzfrequenz von 50 Hertz. Ziel der ÜNB ist es, diese Frequenz unter allen Umständen innerhalb einer gewissen Bandbreite zu halten. Daher wird Regelleistung im Rahmen der Frequenzregelung zur Netzstabilisierung genötigt

Solarstrombereitstellung als Regelleistung

Regelleistung ist eine Netzdienstleistung, bei der durch die Regelung von Kraftwerken das Angebot und die Nachfrage von Strom ins Gleichgewicht gebracht werden. Bisher wird dies vor Allem durch konventionelle Kraftwerke geleistet. Um erneuerbare Energien als Regelleistung bereitstellen zu können, werden Batteriespeicher nötig, um z. B. Solarstrom bei der Erzeugung zu speichern und bei Bedarf an Regelenergie ins Stromnetz einzuspeisen bzw. Strom aus dem Stromnetz aufzunehmen.

Stromspeicher können in PV-Anlagen auch netzoptimiert einspeisen und so zu einer Minderung des Regelenergiebedarfs beitragen. (Grafik: BSW-Solar)
Stromspeicher können in PV-Anlagen auch netzoptimiert einspeisen und so zu einer Minderung des Regelenergiebedarfs beitragen. (Grafik: BSW-Solar)

Dabei wird zwischen den drei Regelenergiearten

  • Primärregelleistung (PRL),
  • Sekundärregelleistung (SRL) und
  • Tertiärregelleistung ("Minutenreserve") (TRL bzw. MRL)

unterschieden. Steigt der Stromverbrauch im Netz, so geht die Frequenz leicht zurück. Sobald die Netzfrequenz unterhalb eines bestimmten Wertes fällt wird diese zunächst durch sehr schnell reagierende Kraftwerke gestützt (PRL), bevor sie mit SRL und MRL wieder zurück auf den Soll-Wert von 50 Hz gehoben wird. Die Primär- und Sekundärregelleistung werden vom Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) automatisch aus regelfähigen Kraftwerken abgerufen. Die Minutenreserve dient der wirtschaftlichen Optimierung im Betrieb.

Die verschiedenen Systemdienstleistungsprodukte der Regelenergiemärkte lassen sich hinsichtlich ihrer zeitlichen Aktivierung nach Bedarfsabruf sowie der zeitlichen Inanspruchnahme einordnen. (Grafik: energie-experten.org)
Die verschiedenen Systemdienstleistungsprodukte der Regelenergiemärkte lassen sich hinsichtlich ihrer zeitlichen Aktivierung nach Bedarfsabruf sowie der zeitlichen Inanspruchnahme einordnen. (Grafik: energie-experten.org)

Die Photovoltaik mit ihren charakteristischen Leistungsspitzen in der Mittagszeit kann sich je nach solarer Einstrahlung dämpfend auf den Bedarf an Energie aus Mittellast- und teuren Spitzenlastkraftwerken auswirken und damit auch sekundär auf die Regelleistung, die besonders in der Tagesmitte benötigt wird, einwirken.

Positive und negative Regelenergie

Bei der Bereitstellung von Regelenergie unterscheidet man daher zwischen positiver und negativer Regelenergie:

  • Bei Bedarf an positiver Regelenergie wird kurzfristig zusätzliche Kraftwerksleistung zur Verfügung gestellt.
  • Negative Regelenergie ist nötig, wenn überschüssiger Strom vorhanden ist. Das kommt vor, wenn die Stromnachfrage unerwartet gering ausfällt oder die Sonneneinstrahlung oder das Windaufkommen höher ausfällt als prognostiziert.

Besteht negativer Regelenergiebedarf, dann kann Strom in einem ans Stromnetz angeschlossenen Batteriespeicher zwischengespeichert werden und im Optimalfall später, wenn positiver Regelenergiebedarf herrscht, wieder dem Stromnetz zur Verfügung gestellt werden. Der Betrieb eines Stromspeichers innerhalb einer Solaranlage wird aber hauptsächlich dazu eingesetzt werden, um überschüssigen PV-Strom selbst zu speichern und später dem Stromnetz bei Bedarf als positive Regelenergie zur Verfügung zu stellen.

Arten und Steuerung von Stromspeichern

Um Solarstrom in Form von Systemdienstleistungen am Regelleistungsmarkt anzubieten, werden große elektrochemische Energiespeicher (Sekundärbatterien). U.a. kommen hier

mit meistens mehreren Megawatt Speicherkapazität zum Einsatz.

Die automatische Steuerung erfolgt durch die Frequenz des Stromnetzes. Fällt sie unter einen bestimmten Wert unterhalb der Netzfrequenz von 50 Hertz, speist der Batteriespeicher Strom in das Netz ein. Bei einer definierten Schwelle oberhalb von 50 Hertz werden die Batterien aufgeladen. In der Regel werden daher die Akkus des Batteriespeichers etwa nur zur Hälfte gefüllt.

Im Schweizer Volketswil wurde 2018 ein 18 Megawatt Lithium-Ionen-Batteriespeicher in Betrieb genommen, der Regelenergie in Ergänzung zu Wasserkraftwerken liefert. (Foto: EKZ - Elektrizitätswerke des Kantons Zürich)
Im Schweizer Volketswil wurde 2018 ein 18 Megawatt Lithium-Ionen-Batteriespeicher in Betrieb genommen, der Regelenergie in Ergänzung zu Wasserkraftwerken liefert. (Foto: EKZ - Elektrizitätswerke des Kantons Zürich)

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Vermarktung von Solarstrom als Regelleistung

Am Regelenergiemarkt wird die Bereitstellung von positiver oder negativer Regelleistung mit einem Leistungs- und Arbeitspreis vergütet. Die Vermarktung von PV-Strom am Regelenergiemarkt unterliegt allerdings bestimmten Qualifikationskriterien, die den Kreis der möglichen Anbieter von Regelleistung deutlich einschränkt.

Um am als Betreiber einer Photovoltaik-Anlage am Regelenergiemarkt teilzunehmen, muss sich zunächst verpflichtet werden, seinen PV-Strom im Rahmen der Direktvermarktung zu verkaufen. Hinzu kommt, dass eine Mindestleistung von 5 MW für die Minutenreserve und Sekundärreserve und eine Mindestleistung von 1 MW für die Primärreserve bereitgestellt werden muss. Dies ist nur größeren Solarkraftwerken möglich. Für Betreiber kleinerer PV-Anlagen bietet sich nur die Möglichkeit, die Anlage an ein virtuelles Kraftwerk anzuschließen. Hierzu muss die Anlage fernsteuerbar sein.

Dann folgt die „Präqualifikation“, bei der u.a. die Leistungsdaten, Spannungsebene und Bilanzkreiszugehörigkeit an den Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) übermittelt wird. Dann wird anhand des Leistungsgradienten ermittelt, ob die Solaranlage technisch in der Lage ist, den zeitlichen Anforderungen zur Bereitstellung von Regelleistung zu genügen. Ist dies der Fall, so kann die entsprechende Solarstromleistung am Regelenergiemarkt angeboten werden.

Das Solarkraftwerk Alt Daber in Brandenburg erbringt Regelenergie in der Hochspannungsebene über einen PV-Stromspeicher. (Foto: BELECTRIC)
Das Solarkraftwerk Alt Daber in Brandenburg erbringt Regelenergie in der Hochspannungsebene über einen PV-Stromspeicher. (Foto: BELECTRIC)

Solarstromspeicher als Momentanreserve

Da die Regelleistung nach einer ungeplanten Bedarfsschwankung erst nach mehreren Sekunden zur Verfügung steht, sicherte bisher die Trägheit der Schwungmassen der Generatoren von konventionellen Kraftwerken als sogenannte Momentanreserve die Versorgung unmittelbar ab. Energiespeicher - insbesondere große Stromspeicher im MWh-Bereich - eignen sich optimal zur Bereitstellung von Primär- und Sekundärregelleistung.

Sie können aber auch zur Erbringung einer Momentanreserve eingesetzt werden, sofern die Speicher sich dauerhaft, synchron am Stromnetz befinden und unmittelbar mit Leistungsänderungen auf Bedarfsschwankungen reagieren können.

Hierzu eignen sich u.a. automobile Batteriespeichersysteme. Diese können Aufgaben von Großkraftwerken übernehmen und wesentlich zur Netzstabilisierung und zum Systemwiederaufbau beitragen. Laut einer gemeinsamen Studie von TenneT und Mercedes-Benz Energy im Rahmen des Projekts Enera von Februar 2019 können E-Auto-Akkus die trägen Massen von Großkraftwerken ersetzen und den Schwarzstart von Kraftwerken unterstützen.

Einfluss auf Netzengpässe und Netzausbau

Die lokale Speicherung von Strom am Ort der Stromerzeugung oder des Stromverbrauchs durch Batteriespeicher kann zwar Netzengpässe mindern oder vermeiden. Stromspeicher können den räumlichen Ausgleich von überregionalen Über- oder Unterversorgungen nur bedingt ausgleichen. Ein an die Energiewende angepassten Netzausbau wird daher immer noch notwendig. Die Integration von Solarstrom in die Regelenergiebereitstellung kann jedoch helfen, eine Abregelung der Einspeisung von Solarstrom-Anlagen zu vermeiden bzw. zu minimieren.

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"Regelenergie und Regelleistung durch Solarstrom" wurde am 03.05.2019 das letzte Mal aktualisiert.