Chancen und Risiken innovativer Netztechnologien

Grundsätzlich können die INT in zwei Typen unterteilt werden: Netznutzer-INT (NN-INT) und Netzbetreiber-INT (NB-INT). NN-INT werden von anderen Akteuren als den Netzbetreibern auf dem Stromnetz realisiert. Sie verwenden das Stromnetz als Grundlage für neue Geschäftsmodelle und sind ertragsorientiert ausgerichtet. Entsprechend können sie die Stromflüsse im Netz beeinflussen und verändern. Ein Beispiel aus der heutigen Praxis ist der Verkauf von Regelleistung durch den Besitzer eines am Netz angeschlossenen Batteriespeichers über einen Aggregator («Virtuelles Kraftwerk»).

NB-INT hingegen stehen den Netzbetreibern zur Verfügung und eröffnen diesen neue Möglichkeiten, ihre gesetzliche Aufgabe eines sicheren, leistungsfähigen und effizienten Netzbetriebs zu erfüllen. Ein Beispiel hierfür ist die Spannungshaltung mit Blindleistung eines Photovoltaik-Wechselrichters des Kunden.

Der Besitz dezentraler Energieerzeugungsanlagen und Heimspeicher durch Privathaushalte, die Verfügbarkeit ausgereifter Kommunikationstechnologien und die Adaptierung von Netz-Regelwerken sind Treiber, welche die Realisierung von neuen Geschäftsmodellen auf dem Netz zunehmend erleichtern. Hausbesitzer sind nicht mehr reine Konsumenten, sondern werden zu komplexeren Akteuren. Dadurch entstehen völlig neue Rollen, beispielsweise jene des Aggregators. Diese neuartigen Aktivitäten verändern wohl die Stromflüsse im Netz, berücksichtigen aber häufig nicht die Auswirkungen auf den lokalen Netzbetreiber oder dritte Netznutzer. In einzelnen NN-INT ist das Netz selber Gegenstand des Geschäftsmodells, beispielsweise in den sogenannten Koordinationsmodellen beim Handel mit Kapazitäten in Niederspannung und Mittelspannung.

Schon heute gibt es sowohl etablierte als auch neue Akteure, die Leistung im Stromnetz koordiniert steuern und damit Regelleistung verkaufen. Würden nun beispielsweise dynamische, börsenorientierte Energiepreise eingeführt, würden in der Folge konsequenterweise alle steuerbaren Verbraucher und Speicher die benötigte Energie möglichst zu Zeiten tiefer Preise beziehen.

Eine solche «unnatürliche», markt­orientierte Gleichzeitigkeit ist in den bisherigen Auslegungsprinzipien für Stromnetze nicht in jenem Umfang vorgesehen, der nun denkbar ist. Der effiziente, gerechte Umgang mit marktorientierter Gleichzeitigkeit von lokalen Verbrauchern oder Einspeisern muss erst noch gefunden respektive festgelegt werden. Die dafür nötige Regelung muss aber gesamtwirtschaftlich effizient und für Netzbetreiber, Anschlussnehmer und weitere involvierte Akteure handhabbar sein.

Ein weiterer Punkt, den es zu diskutieren gilt, ist das Risiko der Eigenverbrauchsoptimierung. Gemäss SMA, dem weltweit grössten Hersteller von Photovoltaik-Wechselrichtern, wurden 2014 in Deutschland bereits rund 20% der neu installierten PV-Systeme mit Elektrospeichern ausgestattet.[1] Auch in der Schweiz sind ähnliche Entwicklungen denkbar. Sie sind primär motiviert durch die Optimierung des Eigenverbrauchs zwecks Minimierung des Strombezugs aus dem Netz. Eigenverbrauch führt aber zur Umverteilung der Netzkosten auf Akteure ohne Eigenverbrauch, was eine verursachergerechte Kostentragung unterhöhlt und Endverbraucher ohne Eigenverbrauch benachteiligt. Eine mögliche Lösung wäre eine vermehrte Tarifierung auf Basis von Leistungswerten.

Neu am Netz anzuschliessende Verbraucher, Energieerzeugungsanlagen und Speicher können die lokale Kapazität des Netzes überbeanspruchen und somit Massnahmen des Netzbetreibers erforderlich machen. Trotz der relativ hohen Zahl von Neuanschlüssen in den letzten Jahren resultierte bislang jedoch in den weitaus meisten Fällen kein Netzausbaubedarf. Das Gros der Niederspannungs- und Mittelspannungsnetze wurde nämlich bereits bisher vorausschauend erstellt.

Die Aufnahmekapazitäten werden im Verlauf der nächsten Jahre aber zunehmend ausgereizt. Schon jetzt existieren NB-INT, die technisch und ökonomisch einsatzreif sind und einen Beitrag zur Reduktion der Kosten für die Netzintegration der Energieerzeugungsanlagen leisten könnten. Das grundsätzliche Entscheidungskriterium für den fallweisen Einsatz von ausgereiften NB-INT ist aber, ob sie die Netzbetreiber in der Erfüllung der Aufgaben unterstützen und den konventionellen Lösungen überlegen sind – insbesondere im Sinne von Kosteneffizienz.

NB-INT können bei Weitem nicht alle konventionellen Netzverstärkungen ersetzen – in vielen Fällen sind sie aber die effizienteste Lösung, oft auch in Kombination mit konventionellen Verstärkungsmassnahmen. Sie können gemäss Studien des Bundesamtes für Energie (BFE) und des VSE die durch den Umbau des Energiesystems bis 2050 verursachten Mehrkosten des Netzausbaus vorab in ländlichen Gebieten um 40–50% senken.

Neben ökonomischen und regulatorischen Herausforderungen gibt es bis zum standardmässigen Einsatz von INT durch den Netzbetreiber auch grosse organisatorische Herausforderungen zu überwinden. Damit die INT zur Verfügung stehen, wenn die bestehenden Netzkapazitäten ausgereizt sind, lohnt es sich für Netzbetreiber, die Vorbereitung (Aufbau von Know-how, Ersatzteillager, Anpassung interner Regelwerke usw.) frühzeitig in Angriff zu nehmen. Die Initialkosten und die anschliessenden Fixkosten für das Vorhalten einer INT müssen sich, gemessen an den realistisch zu erwartenden Einsparungen, rentieren. Entsprechend ist eine kritische Anzahl von Anwendungsfällen nötig, damit eine INT effizient eingesetzt werden kann.

Eine hohe Bedeutung hat ausserdem die Sicherstellung der Interoperabilität (Schnittstellen). Aufgrund der Vielfalt an Herstellern und des fehlenden Standards ist auch die korrekte Parametrierung neuer Betriebsmittel eine grosse Herausforderung. Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht für den Netzbetreiber darin, dass die INT zum Teil mit Betriebsmitteln realisiert werden, die im Besitz der Kunden sind. Ein konkretes Beispiel hierfür ist die Spannungshaltung mit Blindleistung aus Wechselrichtern der Photovoltaikanlagen.

Eine fortschrittliche Lösungsmöglichkeit für das Risiko des Gleichzeitigkeitseffekts sind dynamische netzdienliche Tarife. Ein netzauslastungs­abhängiger Tarif ist potenziell eine ökonomisch sinnvolle Ausprägung dynamischer netzdienlicher Tarife.

llerdings stellt er technisch eine Herausforderung dar. Ein dynamischer netzdienlicher Tarif bepreist die aktuelle Auslastung des «Netzes», das den Kunden versorgt. Dadurch stellt er eine Motivation dar, den steuerbaren Verbrauch in Zeiten geringerer Last zu verschieben. Zusammen mit den steuerbaren Verbrauchern, Einspeisern und Speichern ist er also ein Schlüsselelement für netzdienliches Demand Side Response. Netzdienliche Tarife können so helfen, übermässige Netzverstärkung zugunsten der Marktaktivitäten Einzelner auf Kosten aller Endverbraucher zu vermeiden.

Netznutzer-INT ermöglichen neue Wertschöpfung auf bestehender Infrastruktur. Gleichzeitig generieren sie technische und politisch-ökonomische Risiken, die noch vollständig erforscht und auf die angemessene Antworten gefunden werden müssen. Netzbetreiber-INT anderseits helfen den Netzbetreibern, ihre gesetzliche Aufgabe des sicheren, leistungsfähigen, effizienten Netzbetriebs zu gewährleisten. BFE und ElCom fördern und fordern die effizienzorientierte Anwendung mit aktuellen Studien und Weisungen.

In den letzten Jahren haben einige solcher innovativen Netztechnologien (INT) den Forschungsstatus verlassen und sind zu marktfähigen Angeboten gereift. Die Netzbetreiber müssen die für sie verfügbaren und die von den Netznutzern angewandten Konzepte hinsichtlich Chancen und Risiken bewerten und gegebenenfalls Massnahmen einleiten. Angesichts der immer zahlreicheren und leistungsfähigeren dezentralen Energieerzeugungsanlagen und privat betriebenen Stromspeichern wird diese Herausforderung zunehmend dringlicher und grösser.

[1]   Volker Wachenfeld, SMA, 4. März 2015, «Welchen Beitrag leisten PV-Hausenergiespeicher zur Energiewende?», online abgerufen am 23. November 2015.

¹⁾ Dieser Text ist eine Zusammenfassung des VSE-Basiswissen-Dokuments «Innovative Netztechnologien (INT)», das auf www.strom.ch in voller Länge heruntergeladen werden kann.