Flexumer – Modellgestützte Ermittlung von Jahresstromkosten verschiedener privater Flexumer

Das Projekt Flexumer wurde von der DEW21 – Dortmunder Energie- und Wasserversorgung GmbH in Auftrag gegeben. Hintergrund dieses Projektes ist die am 01.01.2024 in Kraft getretene Neuregelung des §14a EnWG zur Integration steuerbarer Verbrauchseinrichtungen. Steuerbare Verbrauchseinrichtungen, wie private Wärmepumpen und Ladeeinrichtungen für elektrisch betriebene Autos, weisen höhere Leistungen als die meisten üblichen Haushaltsgeräte auf. Zusätzlich zeichnen sich steuerbare Verbrauchseinrichtungen oft durch gleichzeitigen Strombezug aus. Da ein Großteil der bestehenden Niederspannungsnetze noch nicht ausreichend für einen raschen Hochlauf der Elektrifizierung ausgelegt sind, ist es dem Netzbetreiber erlaubt, temporär den Strombezug steuerbarer Verbrauchseinrichtungen zu begrenzen, um so die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Die Netzbetreiber dürfen dabei den Bezug für die Dauer der konkreten Überlastung auf bis zu 4,2 kW senken. [1] Innerhalb des Projektes wurde untersucht, wie sich diese Leistungsbegrenzung bei privaten Haushalten mit jeweils unterschiedlichen steuerbaren Verbrauchseinrichtungen (Flexumer) auf die Stromkosten auswirkt. Das Projektziel ist die Bestimmung der jährlichen Stromkosten für verschiedene Gruppe von Flexumern im Netzgebiet der DEW21. Die DEW21 möchte diese Ergebnisse in eine Analyse in Zusammenarbeit mit der envelio GmbH integrieren, um herauszufinden, in welchem Szenario die geringeren Kosten für das Gesamtsystem entstehen:

• Szenario 1: Netzoptimiert (Netz) – Flexumer werden bei Bedarf gedrosselt (§14a) ⟷ Netzausbaukosten sind möglichst gering
• Szenario 2: Marktoptimiert (Markt) – Keine Leistungsbegrenzung, Flexumer können marktorientiert agieren ⟷ Größerer Netzausbau wird erwartet

Methodik

Zunächst erfolgt die gemeinsame Definition von unterschiedlichen Flexumer-Gruppen im Netzgebiet der DEW21. Die jeweiligen Flexumer-Gruppen können sich dabei aus Elektrofahrzeug, Wärmepumpe, Stationärer Batteriespeicher sowie Photovoltaik-Anlage zusammensetzen. Neben der Festlegung repräsentativer Eigenschaften für die betrachteten Komponenten, werden für die darauffolgenden Simulationen synthetische Fahrprofile der Elektrofahrzeuge sowie repräsentative elektrische und thermische Lastprofile der Haushalte aus dem Haushaltsgenerator erzeugt. Das lineare Optimierungsmodell eFlame berechnet im Anschluss die minimalen jährlichen Stromkosten der jeweiligen Flexumer-Gruppen. Als Betrachtungszeitraum wurde das Jahr 2021 für die Simulationen verwendet. Um einen Vergleich gemäß der zwei Szenarien zu schaffen, werden die unterschiedlichen Gruppen jeweils einmal mit einer Drosselung auf 4.2 kW bzw. ohne Leistungsbegrenzung optimiert. Im letzten Schritt erfolgt die Evaluation der Simulationsergebnisse.

Ergebnisse

Abbildung 2 zeigt die für die Untersuchung definierten Flexumer-Gruppen. Analysiert wurde eine repräsentatives Einfamilienhaus mit einem durchschnittlichen Jahresstromverbrauch von 3000 kWh/a und einem spezifischen Raumwärmebedarf von 100 kWh/(a m²). Hinsichtlich der Ladestrategie ist das Elektrofahrzeug in der Gruppe G bidirektional ladefähig.

In den Ergebnissen wurden neben den netz– und marktoptimierten Szenarien auch das Direktladen als Referenz betrachtet. Dabei werden die Elektrofahrzeuge ungesteuert geladen, sobald sie angesteckt sind. Abbildung 3 illustriert die jährlich anfallenden Stromkosten sowie die Jahresleistungsspitze für die verschiedenen Flexumer-Gruppen. Im netzoptimierten Szenario steigen die jährlichen Stromkosten nur minimal an, obwohl die Jahresleistungsspitze für alle Gruppen drastisch auf 4,2 kW reduziert wird. Daher sind unter den getroffenen Annahmen für Flexumer lediglich geringfügige jährliche Mehrkosten für Strom (<100 €) aufgrund von Netzrestriktionen zu erwarten. Bei einem Vergleich der verschiedenen Flexumer-Gruppen untereinander zeigen sich nur geringe Auswirkungen auf Flexumer mit nur einer flexiblen Komponente (A, H). Auch Flexumer, deren Optimierung eher behind-the-meter stattfindet (B, F), sind weniger von der Leistungsbegrenzung betroffen. Gruppen mit hoher Flexibilität front-of-the-meter (C, D, E, G) hingegen sind durch die Netzbegrenzung stärker beeinträchtigt. Die Haushalte erfahren dadurch eine Motivation zur Optimierung des Eigenverbrauchs infolge der Netzrestriktion.

In den Ergebnissen muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Simulationen mit perfekter Voraussicht durchgeführt wurden und daher als Optimum interpretiert werden müssen. Zudem weisen die verwendeten Day-Ahead Preise aus 2021 nur moderate Preisspreads auf. Weiterhin waren die Simulationen mit Netzrestriktion für Flexumer mit Wärmepumpe nur mit einem thermischen Speicher umsetzbar.

Literatur

[1] Integration steuerbarer Verbrauchseinrichtungen  (abgerufen am 01.02.2024)