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Flexibilität beim Stromverbrauch, angereizt durch dynamische Stromtarife, kann die Stromsystemkosten und die Stromrechnungen der Verbraucher gegenüber dem Status quo deutlich senken.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Ein systemdienlicher Betrieb dezentraler flexibler Verbraucher, das sind aus heutiger Sicht insbesondere Wärmepumpen sowie mobile und stationäre Stromspeicher, kann – neben weiteren positiven Effekten – in erheblichem Umfang ohne Komforteinbußen Kosten vermeiden bzw. Kosten senken.
■ Eine Grundvoraussetzung für die Aktivierung des mit der Elektrifizierung von Wärme und Mobilität steigenden Potenzials sind ein flächendeckender Rollout intelligenter Messsysteme sowie dynamische Stromtarife mit Grundabsicherung.
■ Der größte Anreiz mit dem größten Einsparpotenzial entsteht bei einem „Voll-Flex-Tarif“, der über den Börsenstrompreis und zusätzlich zeitvariable Netzentgelte dynamisiert ist.
Im Auftrag des ZVEI hat Neon Neue Energieökonomik eine Kurzstudie [1] erstellt, die den Mehrwert dezentraler Flexibilität ermittelt. „Ohne die Flexibilisierung dezentraler Stromverbraucher würden unsere Stromnetze in Deutschland trotz Ausbau den steigenden Strombedarf nicht stemmen können und die Systemkosten noch erheblicher anwachsen“, sagt Wolfgang Weber, Vorsitzender der ZVEI-Geschäftsführung, zur Veröffentlichung der Studie.
Die Studie berechnet, welches Effizienz- und Entlastungspotenzial im systemdienlichen Betrieb von flexiblen Verbrauchern wie Wärmepumpen, Heimspeichern und E-Autos im Verteilnetz steckt. Weber: „Das Ergebnis hat uns positiv überrascht. Flexible Verbraucher können einen eminent wichtigen Beitrag für Versorgungssicherheit und Kostenreduktion sowohl für die privaten Verbraucher als auch für das Gesamtsystem leisten.“
Abhängig vom Anwendungsfall könnten die Stromsystemkosten um bis zu 70 % sinken – und das ohne Komforteinbußen für den privaten Nutzer. Voraussetzung hierfür sei es, den Strombezug in Zeiten zu verschieben, in denen die Strompreise niedrig und die Netze frei sind, so Prof. Lion Hirth, Geschäftsführer bei Neon. „Dafür braucht es finanzielle Anreize. Dynamische Stromtarife, die den Börsenstrompreis widerspiegeln, sind dafür gut geeignet. Nebenbei entlastet eine Strompreis-orientierte Betriebsweise auch noch das Netz, weil Preisspitzen oft mit ausgelasteten Netzen einhergehen.“
Auf freiwillige Bereitstellung von Flexibilität setzen
Um diese Potenziale zu heben, bedarf es nun der richtigen technischen Rahmenbedingungen und Anreize. Der flächendeckende Rollout intelligenter Messsysteme muss mithilfe politischer Flankierung schnellstmöglich vorangehen, denn diese sind die Voraussetzung für dynamische Tarife und Netzentgelte. Gleichzeitig müssen die dynamischen Stromtarife schnell und breit eingeführt sowie zeitvariable Netzentgelte ermöglicht werden. Über Preissignale induzierte Verbrauchsanpassungen sind in ihrer Breitenwirkung zielführender als steuernde Eingriffe etwa durch den Netzbetreiber und sollten darum vorrangig genutzt werden.
Praktisch alle großen Energiewendestudien unterstreichen, dass nur durch die konsequente Elektrifizierung aller Sektoren die Klimaziele erreicht werden können. Parallel zum Ausbau der erneuerbaren Energien müssen dafür der Netzausbau und die Netzdigitalisierung forciert werden. Bereits heute stoßen viele Verteilnetze in Deutschland durch die steigende Anzahl dezentraler Erzeuger, insbesondere Photovoltaik-Anlagen, und neue Verbraucher, insbesondere Wärmepumpen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge, insgesamt oder abschnittsweise an ihre technischen Grenzen. „Umso wichtiger, dass wir die Chancen von dezentraler Flexibilität entschlossener nutzen“, bilanziert Weber. „Anderenfalls könnten die Systemkosten um den Faktor drei höher ausfallen.“
ZVEI
Flexible Tarife bringen Entlastung für Systemkosten und Stromrechnung
Im Rahmen der Studie hat Neon die Stromsystemkosten für drei typische Anlagen untersucht – Wärmepumpe, Elektroauto, Heimspeicher –, die ihr Verbrauchsverhalten orientiert am Preissignal in drei unterschiedlichen Tarifen anpassen – Festpreis (Status quo), „Halb-Flex-Tarif“ (zusammengesetzt aus Börsenstrompreis und konstanten Netzentgelten) und „Voll-Flex-Tarif“ (zusammengesetzt aus Börsenstrompreis und zeitvariablen Netzentgelten).
Dabei zeigte sich, dass das flexible Laden eines zu Hause angeschlossenen Elektrofahrzeugs die Systemkosten um bis 70 % (185 Euro/a) senken kann, bei intelligent betriebenen Wärmepumpen um bis zu 24 % (346 Euro/a). Weber: „Nur um ein Bild zu zeichnen: Würde man dies auf 1 Mio. Elektroautos hochrechnen, könnte das eine Kostenersparnis von mindestens 180 Mio. Euro/a bedeuten, für 1 Mio. Wärmepumpen knapp 350 Mio. Euro/a – und das ohne zusätzlichen technischen Aufwand.“ Und 2030 sollen bereits rund 6 Mio. Wärmepumpen installiert sein.
Auch auf der Stromrechnung privater Haushalte könne sich der Einsatz von Kleinflexibilitäten bemerkbar machen: Bei Wärmepumpen mit bis zu 19 % und bei Elektroautos mit bis zu 57 % geringeren Kosten.
Grundlage für die Berechnungen sind die stündlichen Großhandelspreise sowie die Netzbelastung im Berliner Stromnetz im Jahr 2021. Verbraucherseitig wurden typische Anlagen mit konventionellem Verbrauchsmuster und durchschnittlicher Anlagenkonfiguration als Grundlage verwendet. Die Lastverschiebung erfolgt lediglich unter Ausnutzung vorhandener technischer Speicher, also ohne Komforteinbußen oder Zusatzinvestitionen. Die Optimierung des Betriebs der Anlagen erfolgt im Rahmen einer stundenscharfen Simulation, orientiert am Preissignal der drei Tarife.
Kernergebnisse der Studie
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Die Einbindung dieser dezentralen Flexibilitäten kann bereits heute zu erheblichen Einsparpotenzialen für das Stromsystem führen – und das bei konservativen Annahmen hinsichtlich der Anlagenkonfiguration. Die Sorge, durch solche dezentralen flexiblen Verbraucher neue Lastspitzen zu produzieren, ist in naher Zukunft vielfach unbegründet.
Die Anschlussleistung von Wärmepumpen, Elektroautos und Heimspeichern in Haushalten wird sich schätzungsweise innerhalb eines Jahrzehnts verzehnfachen: von etwa 20 GW im Jahr 2020 auf über 200 GW im Jahr 2030. 2045 werden knapp 500 GW dieser dezentralen flexiblen Verbraucher angeschlossen sein. Während die Anschlussleistung von Wärmepumpen, Elektroautos und Heimspeichern im Jahr 2020 nur etwa einem Viertel der Erzeugungskapazität flexibler Kraftwerke entspricht, dürfte sie damit bereits im Jahr 2030 die Kraftwerksleistung fast um den Faktor drei übersteigen und bis 2045 auf mehr als das Sechsfache anwachsen.
Die Kurzstudie zeigt, dass die Stromsystemkosten je nach Anwendungsfall um mindestens 15 % (Wärmepumpe im Halb-Flex-Tarif) und um bis zu 70 % (Elektroauto im Voll-Flex-Tarif) gesenkt werden können und dabei echte Kostenvorteile für den einzelnen Haushalt und das Gesamtsystem bieten.
Elektroautos sind fast dreimal so flexibel wie Wärmepumpen (die Studie verwendet keine zusätzlichen Speicher). Weil eine Wärmepumpe in der Regel deutlich mehr Strom verbraucht als ein Elektroauto, ist die absolute Kostenersparnis bei dieser jedoch höher.
● Elektroauto: Die private Stromrechnung ließe sich im Halb-Flex-Tarif um ca. 160 Euro/a, im Voll-Flex-Tarif um ca. 315 Euro/a senken. Erzeugungs- und Netzkosten sinken gleichzeitig im Halb-Flex-Tarif um 67 % (177 Euro), im Voll-Flex-Tarif um bis 70 % (185 Euro/a).
● Wärmepumpe: Die private Stromrechnung ließe sich im Halb-Flex-Tarif um ca. 65 Euro/a und im Voll-Flex-Tarif um knapp 400 Euro/a senken. Die Erzeugungs- und Netzkosten sinken im Halb-Flex-Tarif gleichzeitig um 15 % (212 Euro/a), im Voll-Flex-Tarif sogar um 24 % (346 Euro/a).
● Heimspeicher dienen heute zuvorderst der Eigenverbrauchsoptimierung, generieren aber kaum zusätzlichen systemischen Nutzen. Eine systemdienliche Flexibilisierung der Nachfrage kann dagegen bereits im Halb-Flex-Tarif zu einer Entlastung des Stromsystems und einem Kostendämpfungspotenzial von 116 Euro/a führen.
● Heutiges, stupides Laden eines Elektroautos verursacht mehr als dreimal so hohe Kosten im Energiesystem wie ein „intelligent“ geladenes Elektroauto.
ZVEI
Schlussfolgerungen / ZVEI-Positionen
Die Einbindung von Nachfrageflexibilitäten, ob in der Industrie oder in privaten Haushalten, und ihr Beitrag zur Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit (Deckung der Stromnachfrage) und Systemsicherheit (Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stomversorgungssystems) spielt bei Überlegungen zur Struktur des künftigen Stromsystems mit wenigen Ausnahmen (bspw. Sekunden- und Minutenreserve im Regelenergiemarkt) bislang eine eher untergeordnete Rolle. Ihr Potenzial für einen sicheren und kosteneffizienten Betrieb des Stromsystems darf mit Blick auf die enormen technischen und finanziellen Herausforderungen jedoch nicht verschenkt werden. Nicht zu vergessen der positive Beitrag zur Akzeptanz der Energiewende, wenn Verbraucher, bei flexibler Nutzung von Wärmepumpen, Elektroautos oder Heimspeichern nicht nur individuelle Einsparungen erzielen, sondern auch Kostendämpfungspotenziale für das Stromsystem insgesamt und damit für alle Verbraucher ermöglichen.
Da sie in den kommenden Jahren ohnehin stark zugebaut werden, sollten insbesondere dezentrale, ans Verteilnetz angeschlossene flexible Verbrauchsanlagen, wie Wärmepumpen, Elektroautos oder auch Heimspeicher, im Einklang mit Verbraucherinteressen systemdienlich betrieben werden.
Kosten des Stromsystems reduzieren
● Die Kurzstudie zeigt das enorme Potenzial dezentraler Flexibilitäten zur Entlastung der Stromsystemkosten. Dabei ist einer über Preissignale induzierten Flexibilitätsbereitstellung aus technischen und marktlichen Effizienzgesichtspunkten Vorzug vor steuernden Eingriffen, beispielsweise durch Netzbetreiber, zu geben. Hiervon unbenommen bleiben die Festlegung nach § 14a EnWG (BNetzA-Festlegungen; Energiewirtschaftsgesetz) oder Notfall-Eingriffsrechte der Netzbetreiber.
● Zur Abrechnung variabler Tarife und der Steuerbarkeit von Anlagen sind in den Verteilnetzen die technischen Voraussetzungen zu schaffen, vorneweg durch die politische Flankierung eines schnellen Ausbaus intelligenter Messsysteme. Das Ziel muss die größtmögliche Beschleunigung des Rollouts sein.
Knappheitssignale nutzen
● Über die Einführungspflicht des § 41 EnWG hinaus sollten dynamische Stromtarife tatsächlich schnell und flächendeckend zum Einsatz kommen. Durch die an aktuellen Großhandelspreisen orientierten Tarife werden Anreize zum Ausgleich von Strompreisschwankungen an flexible Verbraucher weitergegeben. Die resultierenden Verbrauchsanpassungen entlasten den Strommarkt und haben darüber hinaus positive Effekte für das Verteilnetz. Bereits die Möglichkeit, das Verbrauchsverhalten ohne Komfortverlust und angereizt durch ein Strompreissignal anzupassen, hätte entlastende Wirkung im Verteilnetz und könnte somit helfen, die Kostenentwicklung für den weiteren Ausbau zu dämpfen.
● Aus Akzeptanz- und sozialen Gründen sollten Verträge mit dynamischen Stromtarifen über ein Absicherungsinstrument verfügen, das Anreize zur Lastflexibilisierung und zum Energiesparen setzt, aber gleichzeitig Preissicherheit für Verbraucher bietet.
Variable Netzentgelte ermöglichen
● Zusätzlich zu dynamischen Stromtarifen kann ein zeitvariables Netzentgelt analog zu dem im Festlegungsverfahren zur Ausgestaltung des § 14a EnWG (zur Integration steuerbarer Verbrauchseinrichtungen, BNetzA-Festlegungen) definierten Modul 3 einen Beitrag zur weiteren Senkung der Systemkosten leisten. Dieses sollte daher schnellstmöglich und bevorzugt für Netzanschlüsse mit dezentralen flexiblen Verbrauchseinheiten angewendet werden.
● Die Netzbetreiber sollten darüber hinaus verpflichtet werden, nicht nur Steuerungsmaßnahmen nach § 14a EnWG umzusetzen, sondern zur Vermeidung von Netzengpässen zunehmend Flexibilitätsdienstleistungen marktgestützt zu beschaffen. Die Bundesnetzagentur sollte dazu von der Festlegung nach § 14c EnWG Gebrauch machen und Spezifikationen für die Beschaffung von Flexibilitätsdienstleistungen und geeignete standardisierte Marktprodukte veröffentlichen. Mit zunehmendem Rollout intelligenter Messsysteme und der Digitalisierung der Netzinfrastruktur sollte perspektivisch eine kleinstufigere, an der tatsächlichen Netzlast orientierte Festlegung der Netzentgelte erfolgen.
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Anmerkung der TGA+E-Redaktion: Die vorgelegte Studie, eine inhaltliche Vorarbeit von Neon Neue Energieökonomik für LichtBlick [2] und eine Studie von Agora Energiewende [3] geben ein Gefühl, wie groß die Potenziale der gebäudenahen Elektrifizierung schon sind, bevor die Kräfte des Marktes, Künstliche Intelligenz und der Einfallsreichtum von TGA+E-Planern – die Berechnungen basieren weitgehend nur mit dem heutigen Standard ohne anlagentechnische Weiterentwicklung aufgrund der Interaktion mit den Preissignalen – die Hebel verlängern.
Wie die Einordnung vom Vorsitzenden der ZVEI-Geschäftsführung Wolfgang Weber – „Das Ergebnis hat uns positiv überrascht.“ – zeigt, sind wichtige Vorteile und Mechanismen der gebäudenahen Elektrifizierung noch nicht umfassend in der Branche und somit auch nicht in der Gesellschaft angekommen. Das erklärt teilweise auch die oft auf den Investitionsbedarf für ein zukunftsfähiges Stromsystem verengte Debatte. Es ist allerdings zu erwarten, dass der Funke relativ schnell überspringt und die private (elektrische) Energie- und Wärmewende befeuert.
Weitgehend unbeantwortet ist allerdings noch, wie sich das Börsenstrompreisprofil verändert, wenn in großem Umfang dezentrale Flexibilität genutzt wird. Aus heutiger Sicht ist eine hohe Preisdifferenz die treibende Kraft, die sich aber bei einer erfolgreichen Umsetzung, preisgünstiger Speicherkapazität, höherer Effizienz und Solarisierung auch zunehmend abschwächen kann. Man muss gar nicht sehr weit zurückschauen, da war die Branche davon überzeugt, dass bald der steigende Klimatisierungsbedarf die größte Herausforderung für den Kraftwerkspark sein wird.
Fachberichte mit ähnlichen Themen bündelt das TGA+E-Dossier Elektrifizierung
Literatur
[1] Eicke, Anselm; Hirth, Lion; Mühlenpfordt, Jonathan: Kurzstudie: Mehrwert dezentraler Flexibilität Oder: Was kostet die verschleppte Flexibilisierung von Wärmepumpen, Elektroautos und Heimspeichern? Berlin: Neon Neue Energieökonomik GmbH im Auftrag des Verbands der Elektro- und Digitalindustrie (ZVEI)
[2] Strommarktdesign: Preissicherheit und Flexibilität kombiniert. Stuttgart: Gentner Verlag, TGA+E Fachplaner
[3] Steuerbare Verbrauchseinrichtungen: Wärmepumpen und E-Autos können die Stromkosten senken. Stuttgart: Gentner Verlag, TGA+E Fachplaner
