Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.
<p>Emissionen von Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Deutschland verpflichtete sich 2003 mit der Zeichnung des PRTR-Protokolls dazu, ein Register über Schadstofffreisetzungen und -transporte aufzubauen. Hierzu berichten viele Industriebetriebe jährlich dem UBA über Schadstoffemissionen und die Verbringung von Abwässern und Abfällen. Das UBA bereitet diese Daten in einer Datenbank für Bürgerinnen und Bürger auf.</p><p>Umweltbelastende Emissionen aus Wärmekraftwerken und anderen Verbrennungsanlagen</p><p>Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen (insbesondere Steinkohle, Braunkohle, Erdgas) oder biogenen Brennstoffen betrieben werden, sind bedeutende Verursacher von umweltbelastenden Emissionen. Sie sind verantwortlich für einen erheblichen Teil des Ausstoßes an Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxiden (NOx) und Schwefeloxiden (SOx). Die Kohleverbrennung ist zudem die wichtigste Emissionsquelle für das Schwermetall Quecksilber (Hg).</p><p>Das Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister (PRTR) in Deutschland</p><p>Industriebetriebe müssen jährlich dem Umweltbundesamt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>) sowohl über ihre Emissionen in Luft, Wasser und Boden berichten, als auch darüber, wie viele Schadstoffe sie in externe Abwasserbehandlungsanlagen weiterleiten und wie viele gefährliche Abfälle sie entsorgen. Die Betriebe müssen nicht über jeden Ausstoß und jede Entsorgung berichten, sondern nur dann, wenn der Schadstoffausstoß einen bestimmten Schwellenwert oder der Abfall eine gewisse Mengenschwelle überschreitet. In diesem Artikel werden Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von über 50 Megawatt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/m?tag=MW#alphabar">MW</a>), die von Anhang I, Nummer 1.c) der Europäischen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a>-Verordnung erfasst werden, betrachtet.</p><p>Das Umweltbundesamt (UBA) sammelt die von Industriebetrieben gemeldeten Daten in einer Datenbank: dem Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister PRTR (<strong>P</strong>ollutant<strong>R</strong>elease and<strong>T</strong>ransfer<strong>R</strong>egister). Das UBA leitet die Daten dann an die Europäische Kommission weiter und macht sie im Internet unter der Adresse<a href="https://thru.de/">https://thru.de</a>der Öffentlichkeit frei zugänglich.</p><p>Es gibt drei Rechtsgrundlagen für die PRTR-Berichterstattung:</p><p>Erfasst werden im PRTR industrielle Tätigkeiten in insgesamt neun Sektoren. Einer davon ist der Energiesektor, zu dem die hier dargestellten Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen gehören. Für das aktuelle Berichtsjahr 2023 waren in Deutschland insgesamt 130 Betriebe mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 Megawatt (MW) und mit Luftemissionen nach PRTR berichtspflichtig (siehe Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Luftemissionen im Jahr 2023“).</p><p>Die Aussagekraft des PRTR ist jedoch begrenzt. Drei Beispiele:</p><p>Kohlendioxid-Emissionen in die Luft</p><p>Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen entstehen vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Somit gehören Wärmekraftwerke und andere stationäre Verbrennungsanlagen zu den bedeutenden Quellen dieses Treibhausgases. Dies ist auch im <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PRTR#alphabar">PRTR</a> erkennbar.<br>Nicht jeder Betreiber muss CO₂-Emissionen melden. Für die Freisetzung von CO₂ in die Luft gilt im PRTR ein Schwellenwert von 100.000 Tonnen pro Jahr (t/Jahr). Erst wenn ein Betrieb diesen Wert überschreitet, muss er dem Umweltbundesamt die CO₂-Emissionsfracht melden.In den Jahren 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 117 und 156 Betreiber von Wärmekraftwerken und andere Verbrennungsanlagen CO₂-Emissionen an das PRTR. Das Jahr 2009 fiel in der Zeitreihe hinsichtlich der freigesetzten Mengen heraus, da in diesem Jahr aufgrund der Wirtschaftskrise und der daraus folgenden geringeren Nachfrage nach Strom und Wärme weniger Brennstoffe in den Anlagen eingesetzt wurden. Der zeitweilige Anstieg der Emissionsfrachten nach 2009 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Im Berichtszeitraum war die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen im Jahr 2023 mit 117 Betrieben als auch die berichtete Gesamtemissionsfracht mit 162 Kilotonnen am niedrigsten. Von 2016 bis 2020 ging die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderer Verbrennungsanlagen sowie der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht stetig zurück (siehe Abb. „Kohlendioxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). In den Jahren 2021 und 2022 stiegen die Einsätze von Stein- und Braunkohlen in Großfeuerungsanlagen und damit auch die CO2Emissionen wieder an. Einige Kohlekraftwerke wurden aus der Netzreserve/ Sicherheitsbereitschaft wieder in den regulären Betrieb überführt. Mit dem erhöhten Kohleeinsatz wurde während der Gaskrise teures Erdgas eingespart. Infolgedessen liefen die Erdgaskraftwerke weniger. Im Jahr 2023 ging der Kohleeinsatz in Kraftwerken wieder deutlich zurück. Hauptgründe dafür sind der verringerte Stromverbrauch, die Zunahme der Stromimporte und die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom. Das führte in der Summe zu einer merklichen Senkung der CO₂ Emissionen. Auch die Anzahl der CO₂-meldenden Kraftwerke war 2023 im Vergleich zum Vorjahr rückläufig, weil aufgrund von Stilllegungen aber vor allem wegen verringerter Volllaststunden Anlagen unter den Schwellenwert fielen.Die Frachtangaben zu CO₂ im PRTR basieren größtenteils auf Berechnungen der Betreiber. Als Grundlage dienen Brennstoffanalysen zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes. CO₂ Messungen im Abgas werden nur selten vorgenommen.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Kohlendioxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 117 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100.000 Tonnen CO₂ in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die Größenordnung der jeweils vom Betrieb freigesetzten CO₂-Menge:Stickstoffoxid-Emissionen in die LuftStickstoffoxide (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, gerechnet als Stickstoffdioxid und abgekürzt mit NOx, schädigen die Gesundheit von Mensch, Tier und Vegetation in vielfacher Weise. Im Vordergrund steht die stark oxidierende Wirkung von Stickstoffdioxid (NO2). Außerdem tragen einige Stickstoffoxide als Vorläuferstoffe zur Bildung von bodennahem Ozon und sekundärem Feinstaub bei, wirken überdüngend und versauernd und schädigen dadurch auch mittelbar die Vegetation und den Boden. Berichtspflichtig im PRTR sind NOx-Emissionen in die Luft ab einem Schwellenwert von größer 100.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 ging die Anzahl Stickstoffoxid-Emissionen meldender Betriebe von 157 auf 89 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen zurück. Seit 2013 ist ein Rückgang der berichteten NOx-Gesamtemissionen im PRTR von 209 Kilotonnen (kt) auf 86 Kilotonnen (kt) in 2023 zu beobachten. Der auffallende niedrige Wert berichteter NOx-Gesamtemissionen iHv. 101 Kilotonnen (kt) im Jahr 2020 ist der besonderen Situation dieses Jahres geschuldet. Einerseits nahm der Stromverbrauch aufgrund der Corona-Pandemie ab und der Stromexport verringerte sich. Andererseits legte die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern zu. Das führte in der Summe zu einem erheblichen Rückgang des Kohleeinsatzes. Im Jahr 2021 führte die wirtschaftliche Erholung und die geringe Stromerzeugung aus Windenergie zu einer Erhöhung der Brennstoffeinsätze und entsprechend zu einer Emissionssteigerung. Aufgrund der Gaskrise und der damit verbundenen Brennstoffwechsel von Gas zu Kohle und Ölprodukten kam es im Jahr 2022 nochmals zu einer Erhöhung der berichteten Gesamtemissionsfracht. Die zeitgleich erfolgte Verschärfung der NOX-Grenzwerte im Zuge der Novelle der 13. BImSchV dämpfte den Emissionsanstieg. Im Jahr 2023 sanken die NOX-Emissionen im Vergleich zum Vorjahr wieder um rund 29 %. (siehe Abb. „Stickstoffoxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der deutliche Rückgang im Jahr 2023 lässt sich im Wesentlichen durch den verringerten Einsatz von Kohlen, Erdgas und Ölprodukten zur Stromerzeugung erklären. Die Gründe dafür sind die erhöhte Einspeisung von erneuerbarem Strom, die Erhöhung von Stromimporten und die verringerte Stromnachfrage.Die Frachtangaben zu NOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Stickstoffoxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 89 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 100 t Stickstoffoxid (t NOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Stickstoffoxid-Mengen:Schwefeloxid-Emissionen in die LuftSchwefeloxide (wie zum Beispiel SO2, im Folgenden nur SOxgenannt) entstehen überwiegend bei Verbrennungsvorgängen fossiler Energieträger wie zum Beispiel Kohle. Schwefeloxide können Schleimhäute und Augen reizen und Atemwegsprobleme verursachen. Sie können zudem aufgrund von Ablagerung in Ökosystemen eine Versauerung von Böden und Gewässern bewirken. Der Schwellenwert für im PRTR berichtspflichtige SOx-Emissionen in die Luft beträgt größer 150.000 Kilogramm pro Jahr (kg/Jahr).In den Jahren von 2007 bis 2023 meldeten jeweils zwischen 42 und 80 Wärmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen Schwefeloxidemissionsfrachten. In den Jahren 2007 und 2013 war der höchste Stand der Gesamtfrachten mit jeweils 157 Kilotonnen (kt) zu verzeichnen. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen ist seit 2013 kontinuierlich rückläufig und erreichte 2020 mit 42 meldenden Betrieben den niedrigsten Stand. Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 47 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar und liegt damit sogar noch unter dem Wert der Corona-Krise im Jahr 2020. 2023 nahm im Vergleich zum vorangegangenen Jahr, 2022, die Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen um rund 15 % zu, der Anteil der berichteten Gesamtemissionsfracht hingegen um rund 18 % ab (siehe Abb. “Schwefeloxid-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Der Hauptgrund für den Emissionsrückgang im Jahr 2023 der deutlich verringerte Kohleeinsatz zur Stromerzeugung. Bemerkenswert ist, dass die Umsetzung der strengeren Grenzwerte und der höheren Schwefelabscheidegrade in der novellierten Fassung der 13. BImSchV im Jahr 2022 dazu führte, dass das Emissionsniveau trotz gestiegener Kohleeinsätze gleichblieb. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist ein Rückgang berichteter Gesamtemissionsfrachten von rund 70 % zu verzeichnen. Der Emissionsrückgang im Zeitraum 2007 bis 2023 ist, ähnlich wie bei Stickstoffoxiden, im Wesentlichen auf den sinkenden Kohleeinsatz in Wärmekraftwerken zurückzuführen. Besonders stark ging der Steinkohleeinsatz zurück, aber auch der Braunkohleeinsatz verringerte sich signifikant. Dabei verlief die Entwicklung in den einzelnen Braunkohlerevieren uneinheitlich. Aufgrund der unterschiedlichen Schwefelgehalte in den verschiedenen Revieren (rheinische Braunkohle niedriger Schwefelgehalt, mitteldeutsche Braunkohle hoher Schwefelgehalt) korreliert die Emissionsminderung nicht direkt mit der Entwicklung der Brennstoffeinsätze. Nachdem in den Jahren 2021 und 2022 aufgrund des Kernkraftausstieges und der Gaskrise wieder mehr Stein- und Braunkohle eingesetzt wurde, drehte sich diese Entwicklung im Jahr 2023 wieder um und entsprechend führte der reduzierte Kohleeinsatz zu einer deutlichen Senkung der Emissionen.Die Frachtangaben zu SOxim PRTR basieren größtenteils auf kontinuierlichen Messungen der Betreiber.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Schwefeloxid-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst alle 43 Betriebe, die im Jahr 2023 mehr als 150 Tonnen Schwefeloxid (t SOx) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Schwefeloxid-Mengen:Quecksilber-Emissionen in die LuftDas zur Gruppe der Schwermetalle gehörende Quecksilber (Hg) wird hauptsächlich frei, wenn Energieerzeuger fossile Brennstoffe wie Kohle für die Energieerzeugung verbrennen. Quecksilber und seine Verbindungen sind für Lebewesen teilweise sehr giftig. Die stärkste Giftwirkung geht von Methylquecksilber aus. Diese Verbindung reichert sich besonders in Fischen und Schalentieren an und gelangt so auch in unsere Nahrungskette.Die Zahl der Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen, die Hg-Emissionen in die Luft an das PRTR meldeten, pendelte in den Jahren 2007 bis 2023 zwischen 19 und 56. Ein Betreiber muss nur dann berichten, wenn er mehr als 10 Kilogramm Quecksilber pro Jahr (kg/Jahr) in die Luft emittiert. Im Jahr 2009 gingen die Emissionen aufgrund der gesunkenen Nachfrage nach Strom und Wärme zurück. Der Anstieg der Emissionsfrachten von 2009 auf 2010 ist der wirtschaftlichen Erholung geschuldet. Die Zahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen und die berichtete Gesamtemissionsfracht erreichte im Jahr 2020 mit 19 Betrieben den niedrigsten Stand innerhalb der Zeitreihe 2007 bis 2023, was den oben genannten Besonderheiten des Jahres 2020 geschuldet ist. Das Jahr 2023 stellt mit berichteten 2,17 Kilotonnen (kt) das Jahr mit der niedrigsten Gesamtemissionsfracht in der Zeitreihe dar. Bei Betrachtung der gesamten Zeitreihe von 2007 bis 2023 ist von 2016 bis 2023 ein deutlicher Rückgang der berichteten Gesamtemissionsfrachten um rund 50 % zu verzeichnen (siehe Abb. „Quecksilber-Emissionen aus Kraftwerken in die Luft und Zahl der im PRTR meldenden Kraftwerke“). Für den Rückgang der gemeldeten Gesamtemissionsfracht bis 2023 gibt es hauptsächlich zwei Gründe: Den wesentlichen Anteil hat der deutliche Rückgang der Kohleverstromung. Weiterhin trägt die Einführung eines auf das Jahr bezogenen Quecksilbergrenzwertes dazu bei, der erstmals für das Jahr 2019 anzuwenden war, und der deutlich strenger ist als der bisherige und weiterhin parallel geltende auf den einzelnen Tag bezogene Grenzwert. Diese neue Anforderung bewirkt, dass vor allem die Kraftwerke im mitteldeutschen Braunkohlerevier – hier liegen deutlich höhere Gehalte an Quecksilber in der Rohbraunkohle vor als im rheinischen Revier – erhebliche Anstrengungen für eine weitergehende Quecksilberemissionsminderung unternehmen mussten. Infolgedessen kommt es im mitteldeutschen Revier zu einer deutlichen Minderung der spezifischen Quecksilberemissionen. Aber auch im Lausitzer Revier gingen in den Jahren 2019 und 2020 die spezifischen Quecksilberemissionen zurück. Die Gründe für den Rückgang der Anzahl meldender Wärmekraftwerke und anderen Verbrennungsanlagen sind zum einen Anlagenstilllegungen, aber auch der verringerte Steinkohleeinsatz in den verbliebenen Anlagen, der dazu führt, dass einige Anlagen unter die Abschneidegrenze fallen. Der Emissionsanstieg den Jahren 2021 und 2022 ist im Wesentlichen auf den, angesichts der Gaskrise, erhöhten Braun- und Steinkohleeinsatz zurückzuführen. Daraus ergibt sich auch eine höhere Anzahl der meldenden Steinkohlenkraftwerke, die den Schwellenwert überschreiten. Im Jahr 2022 wurden im Zuge der Umsetzung der BVT-Schlussfolgerungen die gesetzlichen Anforderungen nochmals deutlich verschärft. Von daher kommt es trotz einer Erhöhung des Kohleeinsatzes in Großfeuerungsanlagen von über 8 % nur zu einer leichten Zunahme der Quecksilberemissionen von 0,3 %. Im Jahr 2023 sinken die Quecksilberemissionen im Vergleich zum Vorjahr um rund 25 %. Der Hauptgrund für diese Entwicklung ist der deutlich verringerte Einsatz von Stein- und Braunkohlen zur Stromerzeugung.Der größte Teil der Betreiber ermittelt die Hg-Luftemissionen über Messungen, die meisten davon kontinuierlich. Ein Teil der Quecksilberemissionen wird aber auch über Berechnungen ermittelt, die meist auf den vorgeschriebenen Brennstoffanalysen basieren.Die Karte „Standorte von PRTR-berichtspflichtigen Kraftwerken mit Quecksilber-Emissionen in die Luft 2023“ erfasst die 23 Betriebe, die nach eigenen Angaben im Jahr 2023 mehr als 10 Kilogramm Quecksilber (kg Hg) in die Luft freisetzten. Die Signaturen in der Karte zeigen die jeweilige Größenordnung der vom Betrieb in die Luft freigesetzten Menge an Quecksilber:
Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.
Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.
In diesem Vorhaben wird eine der Schlüsselkomponenten zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht. Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Schlüsselkomponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als weitere Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. Alfa Laval hat als Ziel neuartige Flüssigsalz-Luft -Wärmeübertrager für das MHWS-Konzept zu entwickeln und herzustellen. Diese sind notwendig, weil sie die die Wärme beim Laden vom Luftstrom am Kompressor-Austritt an das Flüssigsalz übertragen und beim Entladen vom Flüssigsalz an den Luftstrom zum Turbineneintritt. Um eine hohe Lade- bzw. Entlade-Effizienz zu erzielen, werden hier sehr große Wärmeübertragerflächen benötigt, die bei hohen Drücken und Temperaturen betrieben werden können, was bei den Stand-der-Technik Flüssigsalz-Wärmeübertragern der solarthermischen Kraftwerke nicht zu akzeptablen Kosten oder physikalischen Größen möglich ist.
In diesem Vorhaben wird die Schlüsselkomponente zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Komponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. Der Schwerpunkt von Siemens Energy liegt in diesem Projekt auf der Ebene der Energiesystemintegration. Darin enthalten ist die technische und ökonomische Analyse des Speichers und des Wärmemarktes. Im Vergleich dazu werden weitere relevante Energiespeichertechnologien betrachtet.
Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.
In diesem Vorhaben wird eine der Schlüsselkomponenten zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht. Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Schlüsselkomponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als weitere Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. MHWS verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Begleitung der Wärmeübertragertests und Auswertung der Testergebnisse (AP 3) samt ihrer Auswirkung auf Design und Betrieb eines MHWS-Speichers (AP 6) - Anpassung des MHWS-Speichermodells für Wärmeauskopplung und Kostenermittlung unterschiedlicher Speicherkonfigurationen (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze und Untersuchung des Marktpotentials in Deutschland (AP7)
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 84 |
| Land | 27 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 4 |
| Daten und Messstellen | 4 |
| Ereignis | 4 |
| Förderprogramm | 50 |
| Text | 37 |
| Umweltprüfung | 16 |
| Wasser | 2 |
| unbekannt | 4 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 52 |
| offen | 58 |
| unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 108 |
| Englisch | 23 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 7 |
| Dokument | 39 |
| Keine | 47 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 79 |
| Lebewesen und Lebensräume | 67 |
| Luft | 60 |
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| Weitere | 105 |