Modellierung der Einsatzplanung funktionaler Stromspeicher für Strom- und Regelleistungsmärkte

Dissertation von Philipp Pfeifroth – eingereicht am 28.04.2015 bei der Technischen Universität München, angenommen am 04.08.2015 durch die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik

Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Rolf Witzmann

Prüfer der Dissertation:

1. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wagner

2. Prof. Dr. rer. nat. Wolfram Münch

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, um die Einnahmen einer vorgegebenen Auswahl an Stromspeichern für ein modelliertes Marktumfeld zu ermitteln. Dabei werden als Optionen zur Vermarktung der Day-Ahead-Markt sowie die Systemdienstleistungen Redispatch und Regelleistung mit Ausgleich am Intraday-Markt betrachtet. Mit dem entwickelten Ansatz kann in Szenarien zu Speicherausbau und energiewirtschaftlichen Umfeld die Wirtschaftlichkeit von Speichern bewertet werden.

Es werden sowohl herkömmliche Stromspeicher als auch weitere Flexibilisierungsmaßnahmen modelliert. In dieser Arbeit wird dazu ein Ansatz zur Abbildung von Lastverschiebungen vorgestellt. Das Umfeld aus Erzeugungsanlagen und Netzen und die daraus resultierenden Marktbedingungen werden in einem Bottom-up-Modell simuliert. Das Bottom-up-Modell zur Optimierung eines Anlageneinsatzes mittels linearer Programmierung wird verwendet, um den Einsatz der Kraftwerke und Stromspeicher am Day-Ahead-Markt abzubilden. Die marginalen Kosten der Lastdeckung werden als Strompreise bzw. Strompreisprognosen interpretiert. Aus den prognostizierten Preisen und Betriebszuständen der Kraftwerke werden kostenbasierte Preise für Regelleistung abgeleitet.

Die Angebote der Speicher für Regelleistung werden durch eine separate Einsatzplanung für die so generierten Preisverläufe für Strom und Regelleistung bestimmt. Der Speichereinsatz wird dabei für die Annahme eines mittleren Abrufs der Regelleistung optimiert. Um in Fällen eines extremen Abrufs von Regelleistung stets alle Verpflichtungen erfüllen zu können, wird der Speicherinhalt zusätzlich für die Fälle eines kompletten Abrufs von positiver und negativer Regelleistung in den jeweils nächsten vier Stunden bilanziert. Auch diese möglichen  Extremzustände des Speicherinhalts müssen in der Einsatzplanung die physikalischen Grenzen der Speicher einhalten.