Validierung eines Steuerungskonzepts für den Betrieb dezentraler direktelektrischer Power-to-Heat Anlagen

Zusammenfassung

Um auch bei weiter steigenden Anteilen einer fluktuierenden Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien eine möglichst umfassende Integration der schwankenden Energiebereitstellung ins Energiesystem zu ermöglichen, wird zunehmend mehr Systemflexibilität benötigt. Dezentrale Power-to-Heat Anlagen – wie beispielsweise in Wärmespeichern privater Endkundenheizsysteme installierte Elektroheizpatronen – können die nachfrageseitige Systemflexibilität erhöhen und gleichzeitig helfen, ungenutzte Strommengen sektorenübergreifend ins Energiesystem zu integrieren. Um eine entsprechende Nachfrageflexibilität auch an den etablierten Spotmärkten für elektrische Energie vermarkten zu können, müssen derartige auf der Ebene der Endkundenheizsysteme flexibel einsetzbare Nachfragepotenziale möglichst verlässlich und umfänglich vorhergesagt werden. Vor dem Hintergrund dieser Gesamtsituation wird ein Steuerungsverfahren für dezentrale direktelektrische Power-to-Heat-Systeme dargestellt und konzeptionell validiert, welches eine vorausschauende und kontinuierliche Vermarktung vorhandener flexibler Nachfragepotenziale an den etablierten Spotmärkten für elektrische Energie grundsätzlich ermöglichen würde. Im Rahmen der konzeptionellen Validierung wird gezeigt, dass entsprechende Vorausplanungen hinreichend genau messdatenbasiert möglich sind – und das auf Basis eines insgesamt geringen Umfangs an Messdaten. Damit bietet das Konzept das Potenzial einer hohen Übertragbarkeit auf verschiedene Endkundenheizsysteme.

Abstract

In order to integrate increasing shares of fluctuating electricity production into the energy system as comprehensively as possible, the overall energy system has to become more flexible. By coupling the heating and electricity sector, decentralized power-to-heat systems – such as electric heating cartridges installed in the heat storages of private end customer heating systems—can increase the demand-side system flexibility and simultaneously help to integrate unused amounts of electricity into the energy system. In order to be able to market such demand-side flexibility on the established spot markets for electricity, the potentials for flexible demand at the level of the end customer heating systems must be predicted as reliably and extensively as possible. Against this background, a control concept for decentralized direct-electrical power-to-heat systems is proposed and conceptually validated, which would fundamentally enable a forward-looking and continuous marketing of existing potentials for flexible demand on the established spot markets for electricity. As part of the conceptual validation, it is shown that this kind of planning is possible in a data driven manner achieving sufficient accuracy even with an overall small volume of measurement data. The concept thus offers the potential for a high degree of transferability to various end customer heating systems.