Nicht erst seit die Deutsche Telekom und ABB eine Cloud-Lösung für den  Betrieb von virtuellen Kraftwerken angekündigt hat, weckt dieser Kraftwerkstypus ein besonderes Interesse in der Berichterstattung von blog.stromhaltig. Im Jahr 2013 wurde einem Kraftwerksmanager von Next bei seiner Arbeit über die Schulter geschaut und die Rolle der VKs für die Stromwende bei SP-Energycontrol nachgefragt.  Zur Hannover Messe 2013 wurde dann eine Cloudlösung für das Management von virtuellen Kraftwerken präsentiert, welche direkt auf den Data-Mart von blog.stromhaltig aufbaut.

Neuronale Netze sind ein technisches Hilfsmittel, welche Muster erkennen und Entscheidungen automatisieren können. Im Grundlagenbeitrag „Mit Neuronen lernt das Netz denken“ wurden diese besonderen Algorithmen verwendet, um bei der Steuerung von Verteilnetzen behilflich zu sein. In diesem Beitrag sollen sie zum Betrieb von virtuellen Kraftwerken eingesetzt werden.

Virtuelle Kraftwerke
Virtuelle Kraftwerke

Rolle der IT bei virtuellen Kraftwerken

Zunächst versteht man unter einem virtuellen Kraftwerk (VK) nichts anderes als der Zusammenschluss von verschiedenen Kraftwerken zu einem größeren. Eine solche Verbindung kann aus verschiedenen Gründen sinnvoll sein. So können viele Notstromaggregate kombiniert betrieben werden, um sogenannte Regelenergie in das Stromnetz einzuspeisen (vergl. Notstrom von der Kostenfalle zur Einnahmequelle). Ein einzelnes dieser Geräte ist zu klein, um überhaupt am Markt für Regelenergie ein Angebot abgeben zu dürfen. NEXT Kraftwerke löst dieses Problem, indem ein Fernzugriff eingerichtet wird. Benötigt das Stromnetz Regelenergie, so wird per Fernzugriff alle Aggregate gestartet, die im virtuellen Kraftwerk verbunden sind. Möglich wird dies nur durch Kommunikation – eine der Aufgaben von IT.

Deutlich komplexer wird die Rolle der IT, wenn der Zweck des Zusammenschlusses eine Profilglättung oder ein handelbares Produkt sein soll. In diesem Falle Ist die Qualität des Produktes abhängig von der Prognosegüte.  Vorhergesagt werden muss, welche Einspeisung das gesamte VK zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft erzielen wird. Dieser Zeitpunkt kann kurzfristig sein (Intraday, Day-Ahead), aber auch langfristige Verträge beim Angebot auf dem Terminmarkt.  In diesem Falle kommt es schnell zu sehr vielen Variablen (Parameter), die sich gegenseitig beeinflussen und Auswirkungen auf das wirtschaftliche Gesamtergebnis haben.

Prognosen und Analysen bei virtuellen Kraftwerken

Leider gibt es kein Orakel, auch keine Glaskugel, die uns Empfehlungen für die Zukunft gibt. Man kann allerdings sehr wohl aus der Vergangenheit lernen, indem protokollierte Ereignisse systematisch analysiert werden. Wie im Beitrag zu Energiewende-Kraftwerke beschrieben, ist die Fortführung der Analyse die Ermittlung einer Eintrittswahrscheinlichkeit von Ereignissen in der Zukunft. Wettervorhersage, Verbrauchsvorhersage oder Markttrends entstehen durch die Beobachtung von Daten aus der Vergangenheit, die dann zunächst statistisch analysiert werden, bevor sie mit Hilfe von Logik-Regeln abgebildet werden können.

IT-Konzept - Betrieb von virtuellen Kraftwerken
IT-Konzept – Betrieb von virtuellen Kraftwerken

Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist für die Datenaufbereitung zunächst wichtig, dass ein klar definiertes Erfolgskriterium definiert wird. Ein solches Kriterium leitet sich aus den angebotenen Produkten des Kraftwerkes ab. Die Erfahrung zeigt, dass die Auswahl von mehreren Erfolgskriterien (viele Ziele), zu sehr schlechten Ergebnissen führt. Sollen mehrere Ziele mit einem VK verfolgt werden, so ist es nützlich, mehre Kreisläufe aufzubauen und die einzelnen Ziele als Eingangsparameter für das Gesamt-VK zu verwenden.

Bei der statistischen Analyse kommen Verfahren der klassischen Stochastik zum Einsatz (Min, Max,  Mittelwert, Standardabweichung). Diese Funktionen werden auf die  erhobenen Daten angewendet. Je nach Produktportfolio ist dies eine Kombination aus Daten der Erzeugung, des Verbrauchs, des Marktes oder des Netzbetriebs. An dieser Stelle wird lediglich eine Korrelation mit dem Erfolgskriterium überprüft.  Es erfolgt eine Trendanalyse in Zeitreihen, bei der allerdings das Zusammenspiel der einzelnen Parameter zunächst unbeachtet bleibt.

Viele Neuronen, ein Gehirn – Regel im Kraftwerksbetrieb

Aus der statistischen Analyse der einzelnen Eingangsparameter sollen letztendlich Regeln für den Betrieb gebaut werden. Die einfachste logische Regel ist die „Wenn-Dann-Regel“. 

Beispiel Regel - VK (vereinfacht)
Beispiel Regel – VK (vereinfacht)

Ist das Ziel eines Virtuellen Kraftwerks die Direktvermarktung von Strom aus Windkraft, so könnte als Erfolgskriterium gelten, wenn im Intraday ein Erlös oberhalb des Einstandspreises (Gestehungskosten + Abschreibung + Betriebskosten) vorhersehbar ist.

  • Day-Ahead wird ein fallendes Handelsvolumen erkannt
  • Die Wetterprognose deutet auf einen zunehmenden Wind hin
  • Die Lastprognose deutet auf einen erhöhten Strombedarf.

Dieses Szenario spricht für ein Angebot im Intraday Handel – im Gegensatz zu einem Angebot im Day-Ahead Markt. Erfüllt wurden diese Bedingungen übrigens im November 2013 sowie an einem Tag im Januar 2014.

Risikobewertung eines Szenarios für den Betrieb
Risikobewertung eines Szenarios für den Betrieb

Im vereinfachten Kraftwerk ist es Aufgabe der Betriebsregel, eine Entscheidung zwischen SPOT-Produkt oder einem anderen Produkt zu treffen. Man spricht von Szenarien, und ihr Risiko, dass sie eintreten. Erstellt werden die Regeln automatisiert durch die Verwendung von neuronalen Netzen, wobei diese eigentlich eine Klassifikation zwischen „Worst Case“ und „Null-Risiko“ vornehmen.

Zum Zeitpunkt der logischen Entscheidung sind noch nicht alle Parameter bekannt, die wünschenswert sind. So ist der Intraday-Preis ein Faktor, der erst am Folgetag existiert. Worst-Case ist in diesem Fall, dass der zu erwartende Preis deutlich schlechter liegt als erwartet. Über den quatratischen Fehler des neuronalen Netzes kann für eine große Anzahl von Ereignissen ein Szenario entwickelt werden.

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