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Wörterbuch

Deutsche Netz-Speicher-Technologie

Die Energiespeicherung ist ein wichtiges Element bei der Herstellung, dem Transport und der effektiven Nutzung von Elektrizität. Bis vor kurzem wurden die meisten Elektrizität in großen Kraftwerken erzeugt und auf Anfrage verwendet und nicht gespeichert. Jetzt gibt es großes Interesse an großen Lagersystemen, die ein zentraler Bestandteil der erneuerbaren Energiewende sein können.

Die Energiespeicherung ist ein wichtiges Element bei der Herstellung, dem Transport und der effektiven Nutzung von Elektrizität. Bis vor kurzem wurden die meisten Elektrizität in großen Kraftwerken erzeugt und auf Anfrage verwendet und nicht gespeichert. Jetzt gibt es großes Interesse an großen Lagersystemen, die ein zentraler Bestandteil der erneuerbaren Energiewende sein können.

Die sechs Hauptkategorien des Energiespeichersystems sind:

  • Gepumpten Speicherwasserkraft
  • Die Schweiz ist in der Lage, ihre alpine Lage zu nutzen, um Wasser von niedrigen Reservoirs zu erhöhten Reservoirs zu pumpen. Dies geschieht unter Verwendung von Strom aus Windenergie oder aus importiertem Strom in Zeiten, in denen der Preis niedrig ist, so dass das Wasser freigesetzt werden kann, um Strom in Spitzenzeiten zu erzeugen, wenn der Preis hoch ist.

  • Thermische
  • Überschüssige Energie kann in großen Massen oder Salzkörpern gespeichert werden. Elektrizität kann erzeugt werden oder die thermische Energie wird direkt später verwendet.

  • Festkörper-Batterien
  • Batterien übernahmen die statische Ladungslagerung Leyden-Glas, als um 1800 Alessandro Volta entdeckte, dass zwei verschiedene Metalle, die durch saures, eingeweichtes Pergament getrennt waren, Elektrizität freisetzen konnten - die Pile-Batterie. Heute sind Batterien ein breites Spektrum an elektrochemischen Lagersystemen und einschliessen so genannte "fortgeschrittene Batterien" und Kondensatoren (geladene Platten).

  • Fliess Batterien
  • Großbatterien können Tanks von flüssigen Elektrolyten verwenden. Diese können Energie schnell und effizient freisetzen.

  • Schwungräder
  • Eine alte Technologie wiederbelebt, um kleine bis große Kraft auf Nachfrage von Rotationsenergie zu liefern.

  • Druckluft-Energiespeicherung
  • Energie kann durch Druckluft gelagert werden. Durch die Freigabe durch ein Ventil kann Strom erzeugt werden.

Einige Begriffe und ihre Definition von Kraftwerksbetreibern und Übertragungsnetzbetreibern verwendet.

  • Ancillary services
  • A range of services that System Operators (SOs) procure to respond to unexpected shocks, such as the sudden shutdown of a power plant, to guarantee system security in real-time. These include black-start capability (the ability to restart a grid following a blackout); frequency response (to maintain system frequency with automatic and very fast responses); fast reserve (which can provide additional energy when needed); the provision of reactive power and various other services (ENTSO-E, 2016).

  • Balancing markets
  • These operate after trading in the wholesale electricity market ends (after gate closure). In the balancing market, system operators manage a number of ancillary services to balance supply and demand in and near-real time (ENSTO-E, 2016).

  • Baseload, mid-merit, and peak-load generation
  • Different operation modes of generating plants based on a combination of technical and commercial factors (e.g., how economically the plant can run at different load factors). A power plant that runs all or most hours to meet minimum electricity needs is referred to as ‘baseload’. An operation that runs for short periods during times of high demand or resource scarcity is referred to as ‘peak load’, and an operation between baseload and peak that is adjusted to respond to fluctuating demand throughout the day is referred to as ‘mid-merit’ (Gottstein and Skillings, 2012).

  • Kapazität
  • Die maximale Leistung, die zu jedem Zeitpunkt aus dem Strombereich oder einem Kraftwerk zur Verfügung steht (NIC, 2016). Die Kraftwerke sind nicht immer voll ausgelastet, so dass die Erzeugung nicht mit der Kapazität übereinstimmt. Kapazitätsmechanismen (CM): Ein Mechanismus, der Marktteilnehmer für verfügbare Kapazität belohnt, zusätzlich zu den Einnahmen aus dem Verkauf von Strom im Großhandelsmarkt. Diese Zahlungen sollen die Versorgungssicherheit gewährleisten, indem sie Anreize für ausreichende Investitionen in neue Kapazitäten schaffen oder den Rückbau bestehender Kapazitäten verhindern. CMs nehmen viele Formen an und werden manchmal als Capacity Compensation Mechanism (CRM) bezeichnet.

  • Demand response aggregators
  • Third party intermediaries or suppliers that reduce or shift demand on behalf of consumers in return for a compensatory payment, and that sell aggregated demand response products on the wholesale electricity market.

  • Demand-side response (DSR)
  • Die absichtliche Änderung des Stromverbrauchs bei Systemungleichgewichten oder als Reaktion auf Marktpreise (Hurley et al., 2013). Gegenwärtig besteht die Antwort der Nachfrageseite meist aus industriellen Nutzern, die ihre Nachfrage zurückziehen, senken oder verschieben, wenn das Angebot begrenzt ist, oder die es Netzbetreibern oder Drittanbieter-Aggregatoren erlauben, dies gegen eine Ausgleichszahlung zu tun. Darüber hinaus stehen zunehmend neue Produkte zur Verfügung, die es den Haushalten ermöglichen, ihren Stromverbrauch aufgrund von Preissignalen zu reduzieren oder zu verschieben (OECD, 2015).

  • Dispatchable generation
  • Sources of electricity that can increase or decrease output on command. These include hydroelectricity, gas-fired and biomass power and some coal-fired generation. Some types of base load generation, such as nuclear power, cannot easily adjust output, and wind and solar power are also less controllable because of their variability.

  • Energy-only markets
  • These have no explicit mechanism for procuring or paying for capacity. Revenues are earned primarily by selling electricity on the wholesale electricity market (Hogan, 2012).

  • Flexibility
  • The ability to modify supply and demand to the needs of the electricity system within a given timeframe. Gate closure: The moment when trading on the wholesale electricity market ends and the system operator takes on the role of ensuring a balance between demand and supply near or in real time in the balancing market (Keay-Bright, 2013).

  • Interconnectors
  • Electricity cables that facilitate the physical linking of electricity systems, allowing electricity to flow across borders and sub-national electricity markets. This enables the exporting of electricity when supply is abundant, and the importing of electricity in times of system stress (Ofgem, 2016).

  • Load factor
  • A measure of the average output of power stations relative to their installed capacity and, therefore, an indicator of capacity utilisation. It is expressed in the ratio of kilowatt-hours (kWh) produced in a given period, divided by the total possible kWh that could have been produced over the period.

  • Loss of load expectation (LOLE)
  • LOLE represents the number of hours or days per year in which it is estimated that supply will not meet demand. Merit-order principle: In wholesale electricity markets, bids for electricity generation are ranked (or ordered) from the lowest cost to the highest cost. Based on this ranking, electricity generation available at the lowest price is deployed first to meet demand needs.

  • Missing money problem
  • In energy-only markets, where market operators earn revenues primarily by selling electricity in the wholesale electricity market, government regulation or market failures may prevent prices from rising to sufficiently high levels (and frequently enough) for mid-merit and peaking plants to recover their fixed costs. Typically, this provides the rationale for the introduction of CMs.

  • Mothballing
  • The preservation of an electricity production facility, which remains idle. In other words, power plants are turned off but kept in working order so that production can be restored if needed.

  • Non-dispatchable generation
  • Energy sources that cannot or can only limitedly be controlled in response to demand fluctuations or supply interruptions. This includes nuclear, run-of-river hydroelectric plants, solar, wave and wind power.

  • Operating reliability
  • The ability of the electricity system to ensure short-term power system reliability and to withstand unanticipated disturbances or imbalances. Balancing and ancillary services contribute to operating reliability. A reliable power system requires both resource adequacy and operating reliability (Keay-Bright, 2013; NERC, 2013).

  • Power system reliability
  • A power system is reliable when it has both adequate resources to meet the highest levels of electricity consumption (resource adequacy) and is able to balance demand and supply in real-time, including in response to unexpected outages (operational quality).

  • Providers of capacity
  • Electricity market participants that either provide generating capacity or reduce electricity demand in response to supply shortages. Examples include owners of generation capacity, demand side response aggregators, consumers that actively manage their demand, interconnection, and storage.

  • Ramping
  • Fähigkeit einer Energieressource (Erzeugung oder Nachfrage), ihre Leistungsabgabe oder ihren Verbrauch nach oben oder unten zu ändern. Die Rampenrate ist die Geschwindigkeit der Leistungs-/Verbrauchsänderung, gemessen in MW pro Minute (Keay-Bright, 2013).

  • Reliability standard
  • In some countries the regulator or system operator sets a performance standard for the power system. Different metrics are used. Some European countries, for example, use a Loss of Load Expectation (LOLE) reliability standard, defined as the average number of hours a year for which it is estimated that supply will not meet demand (Keay-Bright, 2013).

  • Resource adequacy
  • The availability of sufficient generating and demand side capacity to ensure that forecasted electricity needs can be met.

  • Scarcity prices
  • High wholesale electricity prices that occur when electricity demand is high or when there is an imbalance between electricity demand and supply that leads to the deployment of higher-cost technologies. Scarcity prices allow providers of peaking capacity to recover their fixed costs and provide price signals for investments in new electricity generation or demand-side capacity when this is needed. In some countries, price caps prevent scarcity prices.

  • Scarcity value
  • The value of uninterrupted service to consumers often expressed as Value of Loss Load (VOLL) (Baker and Gottstein, 2013).

  • Security of Electricity Supply
  • the ability of the electrical power system to provide electricity to end-users with a specified level of continuity and quality in a sustainable manner (Eurelectric, 2006).

  • Smart technologies
  • Appliances and technology that automatically control the use of energy – often remotely (NIC, 2016).

  • Storage
  • A wide range of technologies that can store electricity and can act as sources of demand at times of low demand and sources of supply when demand increases or when other sources reduce output (World Bank, 2015). While some storage technologies will store energy for minutes or hours, others can store electricity from night to day or across seasons. Examples include hydroelectric pumped storage, compressed air, water heaters, flywheels, the transformation of excess electricity into hydrogen, storage in the form of molten salts in concentrated solarpower plants and different battery technologies (flow, lead-acid, lithium-ion, sodium and zinc batteries).

  • Stranded assets
  • Assets that lose value or turn into liabilities before the end of their economic life. This can be caused by a number of risks, including technological innovation and market developments, but also climate and energy policy and regulation (adapted from HSBC, 2015). Examples of potential risks to the value of conventional electricity generation assets include competition from new technologies (such as renewable energy technologies or storage), falling demand for electricity or emission reduction policies.

  • Suppliers
  • Suppliers buy electricity from generators or in the wholesale electricity market and then sell it to firms and households in the retail market (NIC, 2016).

  • System peak
  • The highest level of total energy demand on the power system at a given time (e.g. daily peak, seasonal peak, annual peak) (Keay-Bright, 2013; NIC, 2016).

  • Transmission network
  • The high voltage network that is used to move electricity long distances (NIC, 2016).

  • Transmission System Operators (TSOs)
  • These are responsible for balancing supply and demand in the electricity system on a second-by-second basis, which ensures grid stability. TSOs are tasked with the operation of the electricity system after gate closure by dispatching power plants and demand response on the basis of bids in the wholesale electricity market. They are also responsible for balancing capacity in the case of system stress caused by unexpected weather conditions, technical deficiencies or short-term changes in electricity demand (Grigorjeva, 2015). The TSO in the UK is National Grid, in France the TSO is Réseau de Transport d’Électricité (RTE), while Germany has multiple TSOs. In the US they are often called Independent System Operators or Regional System Operators.

  • Value of lost load (VOLL)
  • The estimated maximum price that customers would be willing to pay to avoid a loss of supply. The value of VOLL is often different for each class of consumer (industrial, commercial, domestic) and for individual consumers within those broad classes (Baker et al., 2015; IEA, 2016).

  • Variable generation
  • The term variable describes the fluctuating nature of wind and solar electricity generation in response to changing weather conditions, independently of changes in demand. This makes these sources less controllable for network operators than dispatchable resources (such as hydropower, gas-fired generation or demand side response), for which output can be increased or decreased in response to supply scarcity or fluctuations in demand (Hogan, 2012).

  • Wholesale electricity market
  • The market where trading takes place between generators, retailers and other financial intermediaries for delivery of electricity to meet forecasted demand before gate closure. After gate closure, system operators are responsible for balancing supply and demand in real-time (see balancing markets).

Verteilnetzbetreiber (VNB) = Distribution Network Operators (DNO)

Swiss Distribution Law

https://www.admin.ch/opc/de/classified-compilation/20042411/201506010000/734.7.pdf

Art. 9

Massnahmen bei Gefährdung der Versorgung 1 Ist die sichere und erschwingliche Versorgung mit Elektrizität im Inland trotz der Vorkehren der Unternehmen der Elektrizitätswirtschaft mittel- oder langfristig erheblich gefährdet, so kann der Bundesrat unter Einbezug der Kantone und der Organisationen der Wirtschaft Massnahmen treffen zur:

a. Steigerung der Effizienz der Elektrizitätsverwendung;

b. Beschaffung von Elektrizität, insbesondere über langfristige Bezugsverträge und den Ausbau der Erzeugungskapazitäten;

c. Verstärkung und zum Ausbau von Elektrizitätsnetzen.

2 Der Bundesrat kann wettbewerbliche Ausschreibungen für die Steigerung der Effizienz der Elektrizitätsverwendung und die Beschaffung von Elektrizität durchführen. Er legt in der Ausschreibung die Kriterien fest in Bezug auf die Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit.

3 Bei der Elektrizitätsbeschaffung und beim Ausbau der Erzeugungskapazitäten haben erneuerbare Energien Vorrang.

4 Entstehen aus den Ausschreibungen nach Absatz 2 Mehrkosten, so werden diese von der nationalen Netzgesellschaft mit einem Zuschlag auf die Übertragungskosten der Hochspannungsnetze abgegolten. Die Abgeltung ist zu befristen.

5 Wird ein Gewinn erwirtschaftet, so müssen allfällige Abgeltungen für Mehrkosten der nationalen Netzgesellschaft ganz oder teilweise zurückerstattet werden. Eine angemessene Verzinsung des eingesetzten Kapitals muss gewährleistet sein. Die Netzgesellschaft verwendet die Rückerstattungen für:

a. die Reduktion der Übertragungskosten der Hochspannungsnetze;

b. die Verstärkung oder den Ausbau der Hochspannungsnetze.