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Die Stromerzeugung in Deutschland wird in Zukunft, insbesondere wegen der staatlichen Förderung, zunehmend dezentralisierter erfolgen. Die Vorteile bestehen unter anderem in der Produktion von Strom nah am Verbraucher, der Entlastung der Netze, der Verbesserung der Versorgungssicherheit durch eine Vielzahl von Anlagen oder der Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bei Verbrennungsprozessen. Laut Plan der deutschen Regierung sollen bis 2020 25% des Stroms in KWK erzeugt werden. Demgegenüber besteht jedoch das Problem, dass viele dezentrale Anlagen aufgrund der Willkürlichkeit von Sonne, Wind oder Niederschlägen oder dem Wärmebedarf bei KWK nur schwer prognostizierbar Strom einspeisen. Damit werden die Vorteile der Netzentlastung und Versorgungssicherheit stark in Frage gestellt. Die Wettbewerbsfähigkeit wäre ohne staatliche Förderung bei vielen Anlagen, insbesondere bei Nutzung erneuerbarer Energien, ohnehin fragwürdig.

Um in einem marktwirtschaftlichen Umfeld agieren zu können, wird oftmals vorgeschlagen, die dezentralen Stromerzeugungsanlagen zu virtuellen Kraftwerken (VK) zusammen zu fassen. Unter virtuellen Kraftwerken versteht man einzelne Anlagen zur Stromerzeugung, mitunter auch zur Speicherung und zum Verbrauch von Strom, die durch Leitungs- und Kommunikationstechnik verbunden sind und im Verbund gesteuert werden können. Sie bilden damit eine technische und wirtschaftliche Einheit mit einer akkumulierten Gesamtleistung, die die von herkömmlichen Kraftwerken erreichen könnte. Durch die gemeinsame Steuerung ist es möglich, größenbedingte Markteintrittsbarrieren zu überwinden, mit stochastisch einspeisenden Anlagen trotzdem eine gesicherte Leistung zu gewährleisten, oder die Anlagen im Sinne eines optimalen Netzbetriebes zu steuern.

Das Konzept der virtuellen Kraftwerke wurde bisher noch kaum umgesetzt, da deren Wirtschaftlichkeit noch fraglich ist. Dem Koordinationsaufwand müssen schließlich auch Erträge gegenüber stehen. In Bereichen, wo die Versorgungssicherheit wichtiger als die Kosten bewertet wird, gibt es bereits kleine lokale virtuelle Kraftwerke, sog. Micro Grids. Damit werden beispielsweise Inseln, aber auch kleinere Gebiete in den USA, die über eine schlechte Netzanbindung verfügen, versorgt. Micro Grids dienen jedoch nicht dazu, am Strommarkt zu agieren.

Für marktrelevante Lösungen existieren in Deutschland bisher nur wenige Pilotprojekte. Eines der populärsten ist das virtuelle Kraftwerk der Lichtblick AG. Unter der Bezeichnung 'Schwarmstrom' vertreibt Lichtblick seit Ende 2010 Strom aus per Contracting betriebenen Mini-Blockheizkraftwerken (BHKWs) am Strommarkt mit dem langfristigen Ziel, durch 100.000 Anlagen eine Gesamtleistung von annähernd 2 GW zu erreichen. Im Folgenden sollen Aufbau und Funktionsweise, sowie das aktuelle wirtschaftliche und gesetzliche Umfeld für virtuelle Kraftwerke beschrieben werden. Anhand einer Simulation werden verschiedene Kriterien und Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Betrieb eines VK aus kleinen Blockheizkraftwerken (50 kWel) erarbeitet. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt kritische Größen, die sich besonders auf die Wirtschaftlichkeit auswirken.

In dieser Arbeit wird die Frage gestellt, ob der Betrieb als virtuelles Kraftwerk die Wirtschaftlichkeit von kleinen BHKWs verbessern kann. In einem virtuellen Kraftwerk sind einzelne Stromerzeugungsanlagen, die verschiedenste Primärenergien nutzen können, durch Leitungs- und Kommunikationstechnik verbunden. Sie werden zentral als eine technische und wirtschaftliche Einheit gesteuert und erreichen somit eine größere, akkumulierte Gesamtleistung.

Die Vorteile dieses Konzepts bestehen im Wesentlichen im Überwinden von größenbedingten Markteintrittsbarrieren, sowie in der dezentralen und verbrauchernahen Erzeugung von Strom. Neben der verbesserten Versorgungssicherheit durch eine Vielzahl von Anlagen ermöglicht dies eine Entlastung des Stromnetzes bei Vermeidung von Durchleitungsverlusten und erlaubt auch die Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplung. Wesentliche Markteintrittsbarrieren für die Teilnahme am Strommarkt sind zunächst der organisatorische und finanzielle Aufwand für die Teilnahme an Strombörsen und vor allem die Börsenkonditionen. Strom als standardisiertes Gut muss an Börsen in festgelegten Mengen und zu im Voraus gegebenen Zeiten verkauft werden, wobei Mindestmengen zu beachten sind.

Aufgrund der in Deutschland gesetzlich garantierten finanziellen Förderung von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien, wie Sonne, Wind und Wasserkraft, bei gleichzeitigen Prognoseunsicherheiten dieser Primärenergien, ist es augenblicklich nicht wirtschaftlich, diese Anlagen als VK am Strommarkt zu betreiben. Dies liegt vor allem an den, verglichen mit Marktpreisen, hohen Vergütungssätzen für produzierten Strom, aber auch an der gesetzlichen Regelung, Strom aus erneuerbaren Energien und Kraft-Wärme-Kopplung, unabhängig vom Strommarkt, stets zu gesicherten Konditionen verkaufen zu können. Für das Eingehen von Risiken am freien Strommarkt gibt es oft keinen Anreiz.

Für Anlagen, die nicht als erneuerbare Energien gefördert werden, aber KWK nutzen, kann sich ein Betrieb als VK jedoch lohnen. Zum einen wird die staatliche Vergütung auch bei Vertrieb des Stroms am freien Markt gewährt, was bei EEG-Anlagen nicht der Fall ist, und zum anderen sind diese Anlagen Verbrennungsmaschinen und somit je nach Bedarf regelbar.

Anhand eines Modells wird in dieser Arbeit geprüft, ob und unter welchen Bedingungen der Betrieb von mehreren Blockheizkraftwerken (kleine KWK-Anlagen) als VK vorteilhafter gegenüber der herkömmlichen, wärmegeführten Betriebsweise ist. Diese besteht darin, Wärmeabnehmer mit Wärme und teilweise mit Strom zu versorgen und überschüssigen Strom ins Netz einzuspeisen. Im Fall des VK wird die Stromproduktion der BHKWs gezielt gesteuert, um größtmögliche Erträge an der Strombörse zu erzielen.

Es wird jedoch gezeigt, dass der Mehrwert des VK gegenüber der nur lokalen, wärmegeführten Betriebsweise (Referenzfall) eher gering ist und zumindest nicht die zusätzlichen Risiken durch Teilnahme am Strommarkt rechtfertigt. Doch für Unternehmen, die als Stromhändler ohnehin Marktrisiken an der Börse eingehen, kann ein virtuelles Kraftwerk aus BHKWs durchaus lohnenswert sein. Aktuelle Entwicklungen, wie bei der Lichtblick AG und der EnVersum GmbH, belegen dies. Die Attraktivität von VK aus BHKWs erhöht sich vor allem dann, wenn die Strompreise an der Börse in Zukunft volatiler wären, da dann von den Preisspitzen profitiert werden kann.