Ein Virtuelles Kraftwerk (VPP) optimiert die Leistung eines Batteriespeichersystems (BESS), indem es kontinuierlich Ladezustand, Leistungsgrenzen, Marktverpflichtungen, Degradationskosten, Prognosen und Netzbeschränkungen koordiniert. Es bestimmt, wann eine Batterie geladen oder entladen, Kapazität reserviert oder im Leerlauf gehalten werden sollte, um den Gesamtwert der Anlage zu maximieren und gleichzeitig ihre technische Verfügbarkeit sowie die Einhaltung der Marktanforderungen sicherzustellen.
Mit der zunehmenden Dezentralisierung der Stromsysteme verbinden und koordinieren VPPs dezentrale Energieressourcen – darunter Batteriespeicher, Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge sowie flexible gewerbliche und industrielle Lasten – über eine zentrale Softwareplattform. Durch die Aggregation dieser Anlagen kann ein VPP Angebot und Nachfrage ausgleichen, die Netzstabilität unterstützen und mehr erneuerbare Energien integrieren. Damit stellt es Dienstleistungen bereit, die mit denen eines konventionellen Kraftwerks vergleichbar sind.
Batteriespeicher sind besonders wertvoll, da sie Strom in Zeiten hoher erneuerbarer Erzeugung oder niedriger Preise speichern und bei steigender Nachfrage oder höheren Preisen wieder abgeben können. Darüber hinaus können sie schnell reagierende Regelenergieleistungen erbringen, die Abregelung erneuerbarer Energien reduzieren und zusätzliche Erlöse erzielen.
Die Integration eines BESS in ein VPP ist jedoch komplexer als die Steuerung einer konventionellen Erzeugungsanlage. Betreiber*innen müssen folgende Faktoren koordinieren:
- Ladezustand sowie Leistungs- und Energiegrenzen;
- Lade- und Entladewirkungsgrad;
- Degradation, Garantiebedingungen und Lebenszyklusanforderungen;
- Verpflichtungen aus Regelenergieleistungen und Positionen auf den Energiemärkten;
- Erzeugungsanlagen am selben Standort, flexible Lasten und Netzanschlussgrenzen;
- Prognosen, technische Präqualifikation und regulatorische Anforderungen.
Das Ziel ist daher zweigeteilt: den wirtschaftlichen Wert zu maximieren und gleichzeitig die Fähigkeit der Batterie zur Erbringung vertraglich vereinbarter Leistungen zu erhalten.
Wie verbessert ein VPP die Leistung eines BESS?
Ein VPP ersetzt die isolierte, reaktive Batteriesteuerung durch eine kontinuierliche, systemweite Optimierung. Anstatt lediglich zu entscheiden, ob eine Batterie geladen oder entladen werden soll, bewertet es gleichzeitig mehrere Faktoren:
- aktuelle und prognostizierte Strompreise;
- Ladezustand, verfügbare Leistung und Wirkungsgrad der Batterie;
- reservierte Regelenergiekapazität und erwartete Abrufenergie;
- Netzbezugs- und Einspeisegrenzen;
- Prognosen für erneuerbare Erzeugung und Verbrauch;
- Degradationskosten und vertragliche Verpflichtungen.
Auf Grundlage dieser Daten berechnet die Plattform die wirtschaftlich wertvollste und technisch realisierbare Betriebsstrategie. Die Leistung eines BESS sollte daher nicht nur anhand der gehandelten Energiemenge bewertet werden, sondern anhand des gesamten erzielten Nettowerts unter Berücksichtigung von Energiekosten, Ausgleichsenergierisiken, Wirkungsgradverlusten, Degradation und betrieblichen Einschränkungen.
Wie kann ein BESS an mehreren Energiemärkten teilnehmen?
Ein BESS kann in folgenden Bereichen Mehrwert schaffen:
- Day-Ahead- und Intraday-Märkte;
- FCR, aFRR und mFRR;
- lokale Flexibilitätsmechanismen;
- Systemdienstleistungen und Engpassmanagement.
Die Teilnahme hängt von der jeweiligen Marktgestaltung, der technischen Präqualifikation der Anlage und den regulatorischen Anforderungen ab. Da alle Märkte um dieselbe begrenzte Leistung und Energie der Batterie konkurrieren, ist Kapazität, die einem Marktprodukt zugewiesen wurde, für andere nicht mehr verfügbar. Ein VPP nutzt die marktübergreifende Optimierung, um Leistung und Energie der Batterie jener Marktkombination zuzuweisen, die den höchsten erwarteten Nettowert erzielt.
Echtzeitoptimierung und sequenzielle Marktoptimierung
Die VPP-Plattform aktualisiert den BESS-Fahrplan kontinuierlich, sobald sich Prognosen, Marktpreise, Anlagenbedingungen oder vertragliche Positionen ändern. Da Energiemärkte zu unterschiedlichen Zeitpunkten schließen, muss die Optimierung auch deren zeitliche Abfolge berücksichtigen. Eine Entscheidung auf dem Day-Ahead-Markt beeinflusst die Flexibilität, die anschließend noch für den Intraday-Handel und Regelenergieleistungen zur Verfügung steht.
Bewertung der Opportunitätskosten
Jede Verpflichtung einer Batterie verursacht Opportunitätskosten. Das VPP vergleicht den erwarteten Wert der Kapazitätsnutzung in einem Markt mit dem Wert, der durch ihre Reservierung für einen anderen Markt erzielt werden könnte. Der Markt mit dem höchsten sichtbaren Preis ist nicht zwangsläufig die profitabelste Option, wenn Abrufwahrscheinlichkeit, Energiekosten, Degradation und alternative Erlösmöglichkeiten berücksichtigt werden.
Kapazitätsreservierung
Die VPP-Plattform reserviert zunächst ausreichend Leistung und Energie der Batterie für vertraglich vereinbarte Leistungen. Erst danach wird die verbleibende Flexibilität zusätzlichen Marktchancen zugewiesen.
Portfolioübergreifende Optimierung
Die VPP-Lösung optimiert das gesamte Portfolio, anstatt jede Batterie oder jeden Markt isoliert zu betrachten. Eine Entscheidung mit geringerem Wert in einem einzelnen Zeitintervall kann zu einem besseren Gesamtergebnis des Portfolios führen, wenn dadurch zukünftige Flexibilität erhalten bleibt oder eine andere Anlage profitabler teilnehmen kann.
Das Ziel besteht daher nicht darin, die Erlöse eines einzelnen Marktes zu maximieren. Vielmehr soll der risikobereinigte Portfoliowert über alle zugänglichen Märkte hinweg maximiert werden – unter Einhaltung aller batterie-, standort- und vertragsbezogenen Einschränkungen.
CyberGrid hat für seine hochmoderne Software den Co-location Flexibility Optimization Agent entwickelt, der speziell für die koordinierte Teilnahme am Day-Ahead-, Intraday- und Regelenergiemarkt konzipiert wurde. Er bewertet Opportunitätskosten, bestimmt die verfügbare Flexibilität für Marktangebote und reserviert Kapazität für Anforderungen auf Standortebene.
Wie koordiniert eine VPP-Lösung Batteriespeicher mit Photovoltaik, Windkraft und flexiblen Lasten?
Ein VPP optimiert einen gesamten Standort als ein vernetztes Energiesystem und koordiniert dabei:
- Batteriespeicher, erneuerbare Erzeugung und flexiblen Verbrauch;
- gemeinsame Netzbezugs- und Einspeisegrenzen;
- Erzeugungs- und Lastprognosen;
- Lade-, Entlade- und Marktaktivierungsprozesse;
- Abregelung und Energiekosten am Standort;
- die Kapazitätsverteilung über verschiedene Märkte hinweg.
Beispielsweise kann das VPP die Batterie mit überschüssigem Solarstrom laden, der andernfalls abgeregelt werden müsste. Es kann die Batteriekapazität jedoch auch für Regelenergieleistungen reservieren, wenn deren erwarteter Wert höher ist. In Zeiten negativer Strompreise kann die Plattform die Batterieladung oder den flexiblen Verbrauch erhöhen und unwirtschaftliche Einspeisungen aus erneuerbaren Energien reduzieren. Bei hohen Strompreisen kann sie die Batterie entladen, die Erzeugung erhöhen oder flexible Lasten innerhalb der technischen und vertraglichen Grenzen reduzieren.
Der CFO Agent von CyberGrid betrachtet Batteriespeicher, erneuerbare Erzeugung und flexiblen Verbrauch als ein gemeinsames System hinter einem gemeinsamen Netzanschluss. Dadurch berücksichtigt er, wie sich jede Entscheidung auf Anlagenebene auf alle anderen Anlagen auswirkt.
Warum ist die VPP-Optimierung für die Leistung eines BESS unverzichtbar?
Die Flexibilität einer Batterie führt nicht automatisch zu wirtschaftlichem Mehrwert. Ohne koordinierte Optimierung kann ein BESS während eines Regelenergieabrufs seine Energiegrenzen erreichen, Kapazitäten für konkurrierende Dienstleistungen zusagen, bessere Marktchancen verpassen, für zu geringe Erlöse unnötig be- und entladen werden, Netzanschlussgrenzen überschreiten oder unabhängig von anderen Anlagen am selben Standort betrieben werden.
Die VPP-Optimierung wandelt die Flexibilität einer Batterie in eine steuerbare, marktfähige und wirtschaftlich wertvolle Leistung um. Durch die Koordination von Ladezustand, Marktteilnahme, Degradation, Prognosen, Anlagen am selben Standort und Netzbeschränkungen kann ein VPP die Verfügbarkeit erhöhen, betriebliche Risiken reduzieren und den Gesamtwert des Portfolios maximieren. Das Ergebnis ist nicht einfach häufigeres Laden und Entladen, sondern ein besserer Batteriebetrieb über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg.
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