Virtuelle Kraftwerke: Schlüsseltechnologie für Europas Energiesicherheit

Konventionelle Kraftwerke wie Kohle- oder Kernkraftwerke verlieren für den Energiemarkt immer mehr an Bedeutung. Sie werden von dezentralen Anlagen abgelöst, die Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind oder Solar gewinnen. Da die Einspeisung aus diesen Quellen stark variieren kann, müssen die Anlagen intelligent miteinander vernetzt werden: Diese Vernetzung und Steuerung übernehmen sogenannte virtuelle Kraftwerke, die eine wichtige Rolle dabei spielen, die Energieversorgung von morgen auf eine breite Basis zu stellen und die Netze stabil zu halten. In einem virtuellen Kraftwerk sind verschiedene, dezentrale Einheiten im Stromnetz durch digitale Technologien miteinander verbunden. Zu den Energiequellen können Biogas-, Windkraft-, Photovoltaik-, Kraft-Wärme-Kopplungs- oder Wasserkraftanlagen gehören. In das virtuelle Kraftwerk sind aber auch Stromverbraucher eingebunden, darunter flexible Lasten, die bei Bedarf hochgefahren werden (z.B. Kühlhäuser) oder gesenkt werden (z.B. industrielle Produktion) sowie Speicher und Power-to-X-Anlagen (Power- to-Gas, Power-to-Heat).

Schon heute sind einige virtuelle Kraftwerke in Betrieb. Eines der größten virtuellen Kraftwerke Europas ist das der Kölner Next Kraftwerke GmbH, die seit 2021 zur Shell Gruppe gehört. Das virtuelle Kraftwerk verfügt über rund 13.500 Megawatt vernetzte Leistung – das entspricht etwa der Leistung von elf mittleren Kernkraftwerken. Neben Stromerzeugern können virtuelle Kraftwerke auch Stromspeicher und flexible Lasten in das Zusammenspiel aus verschiedenen Anlagen einbeziehen und Systemdienstleistungen erbringen.

Virtuelle Kraftwerke bündeln den Strom von vielen kleinen Erzeugern und speisen ihn genau in der Menge ins Stromnetz ein, die vorher beim Stromverkauf vereinbart wurde. Das Leitsystem koordiniert die verschiedenen dezentralen Energieerzeuger, Speicher und Verbraucher im Stromnetz. Ein virtuelles Kraftwerk hat den Vorteil, dass so auch eine gemeinsame Vermarktung des Stroms möglich ist.

Das Leitsystem überwacht die einzelnen Anlagen in Echtzeit und empfängt kontinuierlich Daten von den angeschlossenen Einheiten, wie zum Beispiel den aktuellen Energieerzeugungs- und Verbrauchswerten, den Wetterbedingungen und den Strompreisen.

Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und moderne Speichertechnologien sorgen dafür, dass virtuelle Kraftwerke auf Verbrauch und Netzschwankungen flexibel reagieren können. Per IoT können die einzelnen Anlagen und Verbraucher miteinander kommunizieren und Daten in Echtzeit austauschen. KI-Algorithmen können vorhersagen, wie viel Energie in den nächsten Stunden oder Tagen benötigt wird und welche Energiequellen am besten genutzt werden sollten, um die Nachfrage zu decken. Dabei werden nicht nur die Kosten, sondern auch die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit der Energiequellen berücksichtigt.

Speichertechnologien sind eine wichtige Komponente im Verbund virtueller Kraftwerke. Sie ermöglichen es, überschüssige Energie, die zu Zeiten niedriger Nachfrage oder hoher Erzeugung anfällt, zu speichern und bei Bedarf wieder ins Netz einzuspeisen.

Virtuelle Kraftwerke bieten zahlreiche Vorteile, die maßgeblich zur Energiesicherheit in Europa beitragen. Da virtuelle Kraftwerke verschiedene erneuerbare Energien einbinden, entsteht ein vielfältiger Energiemix. Dezentrale steuerbare Erzeuger wie Biogasanlagen können in einem virtuellen Kraftwerk optimal genutzt werden, indem sie ihre Erzeugung flexibel an den Bedarf anpassen. So wird die Nutzung erneuerbarer Energien gefördert und das Energiesystem ist insgesamt effizienter.

Weitere Vorteile: eine geringere Abhängigkeit von einzelnen Energiequellen und ein resilienteres Energiesystem, das Ausfälle und Schwankungen einzelner Stromquellen ausgleichen kann. Wenn beispielsweise Windkraftanlagen weniger Strom erzeugen, können andere Anlagen oder Speicher einspringen, um die Nachfrage zu decken.

Trotz der Vorteile stehen virtuelle Kraftwerke vor Herausforderungen. Angesichts der wachsenden Anzahl dezentraler Energieerzeuger und -verbraucher muss das zentrale Leitsystem in der Lage sein, immer größere Datenmengen in Echtzeit zu verarbeiten und zu analysieren. Die Kommunikations- und Steuerungssysteme müssen perspektivisch weiterentwickelt werden. Neben der nächsten Generation von IoT- und KI-Technologie könnte dabei auch Edge-Computing eine Rolle spielen. Edge-Computing ermöglicht die Verarbeitung von Daten direkt an den Erzeugungs- und Verbrauchsstandorten, wodurch die Belastung des zentralen Systems reduziert und die Reaktionszeiten verkürzt werden.

Künftige Projekte werden sich auch an ihrer Rentabilität messen lassen müssen. Hinzu kommt, dass in einer generell angespannten wirtschaftlichen Situation auch die Finanzierungssicherheit geklärt sein muss. Der Aufbau und Betrieb der notwendigen Infrastruktur, einschließlich Speichertechnologien, erfordert erhebliche Investitionen. Hier können innovative Geschäftsmodelle und Förderprogramme eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise können Betreiber virtueller Kraftwerke durch die Bereitstellung von Netzdienstleistungen zusätzliche Einnahmen erzielen, indem sie Flexibilitätsoptionen für Netzbetreiber anbieten.

Sonja Mueller-Dib (Geschäftsführerin, Shell Energy Deutschland): „Insbesondere für das Großkundengeschäft dürften virtuelle Kraftwerke in Zukunft zunehmend interessant sein. Vor allem das Geschäft mit sogenannten Power Purchase Agreements (PPA) profitiert durch flexible Produkte, die Versorgungssicherheit gewährleisten, da Risiken mit Blick auf Preis- und Mengenschwankungen reduziert werden.“