Eine Bewertung der Regelenergievermarktung im Power-to-Gas-Konzept

Zur Integration des steigenden Anteils fluktuierender Einspeisung aus erneuerbaren Energieträgern werden zukünftig vermehrt Flexibilitätsoptionen benötigt. Ein viel diskutierter Ansatz ist das Power-to-Gas-Konzept (PtG), welches die Erzeugung der chemischen Energieträger Wasserstoff bzw.Methan aus Strom und die Speicherung in Kavernen oder bereits vorhandenen Gasspeichern ermöglicht. Mit einem wirtschaftlichen Betrieb wird erst ab 2030 bei einem ausreichenden Angebot an Stromüberschüssen, insbesondere aus Windkraftanlagen, gerechnet. Ein bisher wenig untersuchter Aspekt ist die Vermarktung der flexiblen Elektrolyse als steuerbare Last am Regelenergiemarkt. Diese bietet Möglichkeiten, Zusatzerlöse zu erzielen und günstigen Strom in Form von Regelleistung zu beziehen. Ziel dieses Beitrags ist es, dieses Einsatzgebiet zu analysieren und den potenziellen Einfluss der Regelenergievermarktung für PtG zu bewerten. Dazu werden zuerst ein Überblick über die aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen und Fördermöglichkeiten von erneuerbarem Gas gegeben und die Unterschiede der Bezeichnungen Biogas und Speichergas herausgearbeitet. Anschließend erfolgt eine Übersicht über den heutigen Regelenergiemarkt und eine Auswertung der Preisentwicklungen auf dem Sekundärregelleistungsmarkt, sowie die Vorstellung von erwarteten zukünftigen Marktentwicklungen. Die Bewertung der sich bei einer optimierten Vermarktung der Elektrolyseurleistung am Sekundärregelleis- J. Michaelis (B) J. Junker M. Wietschel Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, Breslauer Str. 48, 76139 Karlsruhe, Deutschland e-mail: julia.michaelis@isi.fraunhofer.de e-mail: Julian.Junker@isi.fraunhofer.de e-mail: Martin.Wietschel@isi.fraunhofer.de tungsmarkt ergebenden Gasgestehungskosten erfolgt modellgestützt auf Basis historischer Daten. Es werden drei Szenarien definiert und untersucht sowie der Einfluss des Strompreises ermittelt. Es zeigt sich, dass die Teilnahme am Regelenergiemarkt lukrativ ist und die Möglichkeit bietet, PtG-Anlagen wirtschaftlich zu betreiben. Im Modell konnten die Gestehungskosten für Methan um bis zu 74 % auf 46 e/MWh und fürWasserstoff um bis zu 81%auf 25e/MWh gegenüber PtG-Anlagen ohne Regelenergievermarktung gesenkt werden.

The integration of the increasing share of fluctuating renewable energy sources into the energy system requires more options in flexibility. A promising attempt is the power-to-gas concept (PtG) which allows the production of hydrogen and synthetic natural gas (SNG) from electricity and the storage in caverns or existing gas storage facilities. However, an economic operation in Germany is not expected before 2030, when the amount of surplus energy, mainly generated in wind parks, will be sufficient. Currently, a hardly analyzed aspect is the potential commercialization of the flexible electrolysis as controllable load on the electricity balancing market. This offers opportunities to generate additional revenues and to obtain cheap electricity in the form of balancing energy. The present article has been designed to analyze this aspect and to examine the impact of a potential commercialization of balancing energy on the gas production costs within the PtG concept. At first, the current legal framework, the funding instruments of SNG and the differences between the notion "Speichergas" and Biogas will be outlined. An overview of the current balancing market will be given and the development of prices on the secondary balancing market will be evaluated as well as expected market trends will be presented. The following calculation of gas production costs, which result from applying an optimal proposal strategy on the secondary balancing market, is model-based and uses historical data. Three scenarios are defined and examined, and the impact of variable electricity prices is analyzed. The electricity balancing market is profitable and offers many opportunities for PtG plants. The results show a decrease of SNG production costs by up to 74 % to 46,9 e/MWh. As for the hydrogen, the production costs amount to approximately 25,8 e /MWh which equals a cost reduction of up to 81 % compared to conventional PtG plants without commercialization of balancing energy.