Wozu einen frequenzabhängigen Strompreis?

Aktuell wird der Strompreis für Bezug und Lieferung, Endkunde wie Industrie über viele verschiedene Mechanismen gebildet und vereinbart: Es gibt "over the counter"-Verträge (recht individuell, meist langfristig) und die Strombörse (EEX). An der Strombörse gibt es wiederum verschiedenste Produkte je nach Staffelung in die Zukunft "futures") - und dann gibt es noch eigene Märkte für Regelenergie.

Der Gesetzgeber entscheidet wiederum noch immer über Einspeise- und Bezugstarife (Nachtstrom, Wärmepumpenstrom) und greift damit in einen eigentlich, natürlich freien Markt ein. Davon abgesehen gibt es einen scheinbaren Wettbewerb gegenüber dem Endkunden: Obwohl sich physisch nichts ändert, hat der Kunde die Illusion, der Strom käme bei einem anderen Anbieter aus anderen Quellen. Zertifikate verschleiern diese Situation zusätzlich: Während ein Kunde in München den Eindruck hat, über ein Zertifikat mit Wasserkraftstrom aus Norwegen versorgt zu werden, werden die Norweger - die das Zertifikat ihrer realen Talsperre verkauft haben - sich keine Sorgen machen daß nun plötzlich ihr CO2-Ausstoß zugenommen hat: Sie sehen ja, wenn sie aus dem Fenster sehen ihre reale Talsperre. Es müssen nicht einmal Leitungen gebaut werden die in der Lage wären den Strom auch physisch zu liefern! Daß die EU den Bürgern am Wasserkraftwerk nun plötzlich Kohleemissionen zurechnet interessiert sie - verständlicherweise - nicht.

Dieses relative Chaos und die Einladung zu Korruption ist der Geschichte, den besonderen Umständen einer überall um sich greifenden Liberalisierung um jeden Preis geschuldet.

Diese Preisgestaltung wird aber dem Umstand kaum gerecht, daß in Zukunft Sonnenstrom zur Mittagszeit sehr billig bis umsonst sein könnte (da im Überschuß vorhanden), während nachts im WInter bei Windflaute teure Kraftwerke anlaufen müssen, die bald weniger als 1000 Stunden pro Jahr laufen werden. Erdgas, Kohle oder Erdöl werden nicht mehr zur Verfügung stehen.

Man könnte also zum Schluß kommen, daß der Strompreis am besten an der Strombörse gebildet werden sollte - wie es auch heute der Fall ist (allerdings leider nur für einen Teil des Stroms!)

Durch einen durch Verträge künstlich abgefederte, mittlere Strompreise wird der Gesellschaft nicht klar, daß Strom nachs im Winter um ein Vielfaches teurer sein müßte als tags im Sommer.

An der Börse werden wiederum Viertelstunden- oder Stundenpakete verkauft und es werden "Leistungsbänder" z.B. über ein ganzes Jahr hinweg vereinbart, so als hätten wir nach wie vor eine Versorgung mit Grundlastkraftwerken wie in den 80er Jahren.

Diese Art des börslichen Handels stützt sich zwar auf Vorhersagen von Wind und Sonne und auf Temperaturkurven (Heizbedarf), Regelmäßigkeiten des Bezugs aber alle "Fehler" dieser Voraussagen, Ausfälle, Unplanbarkeiten, internationaler Handel usw. müssen technisch dennoch von real existierenden Kraftwerken bedient werden. 

Da an der Börse diskrete Minutenpakete verkauft werden (15 oder 60 Minuten), kann sich der Börsenpreis nur alle 15 Minuten ändern, dann aber recht massiv, - es gehen Kraftwerke vom Netz, andere schalten zu. Bei jeder dieser Schalthandlungen sinkt oder steigt die europäische Verbund-Netzfrequenz bereits heute wahrnehmbar und deutlich: Diese "rigiden" Preissprünge sorgen folglich für technisch eigentlich unnötige Störungen der Frequenz.

Folglich muß eine erhebliche und immer noch größer werdende Menge und Leistung an Regelenergie bereitgehalten werden, welche dabei gar keine technischen Nichtverfügbarkeiten ausgleicht sondern rein dem Markt folgen.

Darüber hinaus sorgt die "Illusion der Kupferplatte" in Deutschland dafür daß im Norden oft Kraftwerke angehalten (aber dennoch vergütet) werden müssen, während im Süden in derselben Zeit scheinbar niedriger Strompreise zusätzliche fossile Quellen angefeuert werden müssen (sog. Redispatch). Diese Redispatchkosten summieren sich bereits heute im Milliardenbereich.

Der Stromhandel verzerrt also die reale, zu jeder Sekunde sich neu herstellende Marktsituation.

Betreiber von Speichern können ihre Leistungen bisher ebenso nur in den 15- oder 60 Minutenpaketen anbieten, während moderne Leistungselektronik es ermöglchen würde daß die Batterien mit ihren hochmodernen Wechselrichtern ganz allein 100% der Regelenergie komplett und dezentral mit übernähmen - wenn sie denn auf Regelgrößen wie Frequenz und Auslatung von Leitungen reagieren würden.

In diese Lücke stößt der hier vorgestellte Vorschlag.

 

--- 

 

Die Verteilung von Energie in Form von 100% erneuerbarem Strom birgt einige Herausforderungen, und zwar technische, vertragliche, juristische und administrative.

So wird Strom in Zukunft nachts oder bei Windflauten wesentlich teurer sein müssen als im Sommer tagsüber, weil das den realen und physikalischen Gegebenheiten entspricht: Im Sommer wird das Angebot den Bedarf bei weitem übersteigen, der "Überschuß" muß organisiert werden ohne ihn zu verschwenden - im Winter ist es umgekehrt: Große Strommengen müssen vom Tag zur Nacht und vom Sommer zum Winter gespeichert werden.

Was den Sommer angeht sind wir "über den Berg" weil von März bis etwa Oktober zuverlässig jeden Tag ausreichende Mengen Sonnenstrom eingefangen werden können und zwar mit niederen Kosten. Selbst die Speicher zur Verlagerung der Solarproduktion in die Nacht tragen nur wenige Cent zur Stromrechnung bei, das werden wir bald merken.

Vermutlich werden wir in wenigen Jahren genug Lithium-Eisenphosphat- oder Natriumspeicher haben um selbst die "Überprodution" an Wochenenden über die Werktage zu verteilen.

Die Verlagerung von "Überproduktion" vom Sommer zum Winter wird definitiv nicht mit Lithium- oder Natriumakkus geschehen.

Was uns hilft ist, daß Windstrom im Winter besser verfügbar ist als im Sommer.

Dabei ist es extrem wichtig, daß die richtigen Anreize gesetzt werden um Fehlinvestitionen zu vermeiden. Wenn es so weitergeht wie bisher kaufen sich private E-Auto-Besitzer z.B. eine "Wallbox" um ihr Auto daheim und über Nacht langsam zu laden. In diesem Moment kann jedoch das Netz fast nur gespeicherten Strom bereithalten, dessen Produktionskosten natürlich teurer oder sogar wesentlich teurer sein müssen als wenn der Strom aus einem Windüberschuß oder bei Sonnenschein getankt würde. Volkswirtschaftlich muß die doppelte Menge Speicher aufgewendet werden als eigentlich nötig. Dies wird uns Wettbewerbsnachteile gegenüber klügeren Ländern und einen noch weiter verzögerten Ausbau der Erneuerbaren-Infrastruktur bescheren, unnötige und langwierige Investitionen in Kupfernetze usw.

(So gibt es zum Beispiel nicht mal eine öffentliche Abschätzung der Wirtschaftlichkeit der gerade gebauten "Südlink"-Stromtrasse quer durch Deutschland.)

Man könnte zudem die E-Auto nicht nur bevorzugt tagsüber laden (beim Arbeitgeber, beim Einkaufen?) sondern nachts Teile der E-Autobatterie als Speicher für das öffentliche Stromnetz bereitstellen: Wenn man weiß daß man morgen und übermorgen nur kurze Strecken fahren wird kann man mit einem Teil seines Autospeichers das Netz stützen und Speicherkosten vermeiden (Stichwort "vehicle-to-grid" V2G)

Genauso müßten Potentiale der zeitlichen Verlagerung des Strombezugs gehoben werden: In vielen Fällen erspart es massive Speicher, z.B. Metallverhüttung, aber auch den Betrieb von Wärmepumpen in die Stunden des Strom-Überschusses zu verlegen: Die Masse eines Hauses allein kann für ein paar Stunden Wärme speichern und "in die Nacht verlagern".

Wie das konkret und ohne wesentliche technische Eingriffe, schnell, fair und unbestechlich zu lösen sein würde, beschreibt diese Webseite.

 

Kurzfassung für Techniker:innen

• Zeitvariable Strompreise für Entnahme und Einspeisung ins öffentliche Stromnetz werden bereits diskutiert: Es wird absehbar daß "überschüssiger" Solarstrom zur Mittagszeit nicht mit demselben Preis vergütet oder erzeugt werden kann als Nachtstrom bei Minusgraden im Winter.
• Diskrete (= stufenartige) Preisänderungen wie durch den aktuellen Stromhandel können nicht die Lösung sein da infolge eines jeden Preissprungs erhebliche Regelleistung notwendig wird, die rein technisch bei einem effizienten Netzregime nicht nötig wäre.. Die bereitzuhaltene Regelleistung (u.U. im 10 GW-Bereich) wäre unbezahlbar und womöglich auch mangels Leitungen nicht zu stemmen. Bereits heute sorgt der Stromhandel im 15 und 60-Minutenbereich zu erheblichen, beobachtbaren  Frequenzexkursionen (Störungen) und sorgt für eine gewisse Grundfragilität des europäischen Netzes.
• Eine Regelbürokratie die tief in die einzelnen Erzeuger und Verbraucher autoritativ und zentralistisch hineinregieren würde, würde zu Korruption und Manipulation einladen und wäre sehr verletzlich (Ausfälle), abgesehen von den enormen Kosten, der Komplexität und Intransparenz der Abrechnung und dem gesetzlichen Aufwand.
• In verschiedenen Regionen kann Strom zu verschiedenen Zeiten unterschiediche Erzeugungskosten haben, schon da Energiequellen mit verschiedenen Eigenschaften zur Verfügung stehen. So wäre es für einen Metallverhüttungsbetrieb sinnvoll an die Küste zu ziehen wo Windstrom im Überschuß verfügbar ist. Stattdessen subventionieren wir im heutigem System für einen Betrieb eiens Aluminiumwerks im Süden teure Nord-Süd-Verbindungen. Die Kosten werden fälschlich auf alle umgelegt ("Illusion der Kupferplatte")
• Starre Regulierung läuft - ganz wie heute schon - den Marktentwicklungen weit hinterher.
• Fossile Energieträger könnten erneut versuchen den Sieg der Erneuerbaren zu verhindern indem sie darauf hinweisen daß für diese Regelleistung "große zentrale Kraftwerke" vorgehalten werden müßten.
• Ich schlage daher die schrittweise Einführung eines frequenzabhängigen Strompreises für Lieferung und Bezug vor, völlig unabhängig von der Stromquelle. (CO2 und Atomkraft sollten jedoch entsprechend ihrer externen Kosten mit einer Abgabe versehen werden.)
• Mir ist bewußt daß die Netzfrequenz von 50 Hz im Moment europaweit bewußt mit hohem Aufwand stabil gehalten wird. Fängt man "klein an" ist es jedoch auch heute bereits sinnvoll, bei Niedrigfrequenz mit dem Einspeisen von Strom zu beginnen und bei Überfrequenz das Laden von Batterien zu steuern, noch bevor erneuerbare Energie abgeregelt werden muß.
• Jeder Marktteilnehmer kann den Strompreis selbst z.B. minuten- oder sogar sekundenweise anhand der momentanen Frequenz und einer von der Regulierungsbehörde in der Nacht zuvor mitgeteilten Strompreisgeraden selbst ermitteln.
• Vorhandene Stromzähler mit moderner Meßeinrichtung mME könnten sehr billig durch einen elektronischen Datenlogger ergänzt werden, der lediglich eine gute Zeitquelle (DCF77) benötigt. Kryptografische Verfahren stellen sicher daß das Protokoll später nicht manipuliert werden kann.
• Die Illusion der Kupferplatte (im Norden gilt per Gesetz derselbe Strom-Börsenpreis wie im Süden) sorgt jetzt schon dafür daß große Energiemengen auf weite Wege gezwungen werden. Dadurch werden teure, lange Leitungen erforderlich die in einem dezentrateren System - zumal mit regionalen Strompreisen - unnötig wären. Ost-West-Leitungen die Europa besser verbinden um Solar- und Windstrom europaweit in den Zeitzonen (Lauf der Sonne) besser auszugleichen wären dagegen sinnvoller.
• Heute bildet sich angesichts der realitätsfernen Preisbildung kein freier Markt heraus, der ideal in der Lage wäre eine möglichst effiziente und kostenoptimierte Speicherung aufzubauen und zu bezahlen: Elektroautobesitzer laden ihr Auto meist abends am eigenen Haus, wenn der Strom nur weiteren Speichern kommen kann die fast so groß sind wie die Speicher der Autos selbst. Selbst wenn Lithium im Überschuß verfügbar wäre, haben wir nicht die Zeit ein doppeltes oder mehrfaches Speichersystem aufzubauen.
• Es kann je nach Anwendung wesentlich billiger sein, den Bezug vom Strom zeitlich oder räumlich zu verlagern anstatt für jede Kilowattstunde einen Speicher vorzuhalten.
• Durch die Einführung der Frequenz als zentrale Regelgröße würde automatisch ein extrem störungsstabiles Netz geknüpft werden. Die Regelleistung würde allein durch die Netzteilnehemr gewährleistet, es müßte auf mittlere Sicht keine separaten Regelleistungskraftwerke vorgehalten werden.
• Es wäre schrittweise möglich, die Netze dezentraler und in eigenen Frequenzdomänen zu organisieren.
• Durch die dadurch gewonnene Effzienz würde ein Wettbewerbsvorteil gehoben.
• Schwingunsgvorgänge wie beim Totalblackout in Spanien im Sommer 2025 können vermieden werden da alle Netzteilnehmer auf Störungen als Ganzes reagieren. Es ist dabei unerheblich ob ein Netz bereits fragmentiert ist oder nicht.
• In naher Zukunft werden sich die Kosten von Wind- und Solarstrom bei der Erzeugung nur wenig verändern. Umsomehr erwarten wir im Speichermarkt weitere Technologien die zum Teil auch gegeneinander antreten werden. Dafür muß ein faires Marktumfeld geschaffen werden. Außerdem hat die saisonale Speicherung ganz andere Bedingungen und Preise als die tägliche. Diese Preise und die Preise von Lastverlagerungen müssen erst in einem Markt gefunden werden.