Alternative Erlösquellen für Batteriespeicher – Teil 2: Vermarktung in der Sekundärregelleistung

Nachdem ich im letzten Beitrag (Teil 1) untersucht habe, welche Erlöse sich mit einem Batteriespeicher im Intraday-Markt erzielen lassen, geht es in diesem Teil um die Vermarktung eines Speichers im Markt für Sekundärregelleistung (SRL).

Grundlegendes zur SRL

Ähnlich wie bei der Primärregelleistung (PRL), erhält ein Anbieter von SRL von den Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) eine Vorhalteprämie (Leistungspreis) für das Reservieren seiner Kapazität. Jeder Anbieter kann in der täglichen SRL-Auktion seinen Leistungspreis frei wählen und erhält bei einem erfolgreichen Gebot genau den gebotenen Betrag (Pay-as-Bid). Zusätzlich zur Vorhalteprämie erhält man im SRL-Markt noch eine Aktivierungsprämie (Arbeitspreis) für die tatsächlich erfolgten Abrufe. Der Arbeitspreis ist ebenfalls frei wählbar*, allerdings optimieren die ÜNB die Kosten und aktivieren die Anbieter in aufsteigender Höhe der Arbeitspreise. Teure Anbieter werden also seltener aktiviert als günstige. Seit November 2020 erfolgt dies über eine nachgelagerte Auktion im Regelarbeitsmarkt, hier können Gebote bis kurz vor Beginn der jeweiligen Zeitscheibe abgegeben und verändert werden.

Die SRL wird in zwei getrennten Produkten ausgeschrieben, der positiven und negativen SRL. Bei der Aktivierung von positiver SRL müssen die Anbieter auf Abruf zusätzliche Leistung ins Stromnetz einspeisen, beispielsweise durch das Hochfahren einer Gasturbine. Um negative SRL zu erbringen, müssen die Anbieter dem Netz Energie entnehmen – etwa durch die Verringerung der Turbinenleistung eines Laufwasserkraftwerks.

Speicher in der SRL

Ein Speicher ist aufgrund seiner Eigenschaften für die Erbringung von negativer und positiver SRL geeignet. Die Anforderungen an die geforderte Geschwindigkeit der Reaktion und Leistungsänderung sind für Batterien absolut unkritisch. Da der ÜNB nie gleichzeitig negative und positive SRL anfordert, können Speicher sogar positive und negative SRL gleichzeitig vorhalten.

Energiespeicher müssen in der SRL jedoch eine höhere Kapazität als Einheiten in der PRL aufweisen. Laut Präqualifikationsbedingungen der ÜNB beträgt das minimale Arbeitsvermögen des Energiespeichers relativ zur vermarktbaren Leistung 60 Minuten. Im Extremfall muss die Leistung jedoch für bis zu vier Stunden abgerufen werden können.

Für die Auslegung eines Speichers, der gleichzeitig positive und negative SRL erbringt, bedeutet dies eine minimale Größe von 2 Megawattstunden (MWh) pro Megawatt (MW) vermarkteter Leistung. Zusätzlich dazu muss der Speicher die SRL über den gesamten Produktzeitraum erbringen können. Dies wird in der Regel über Fahrplangeschäfte gewährleistet. Ähnlich wie bei der PRL muss auch ein Reservekonzept für den Fall eines Ausfalls von einzelnen Systemen vorgelegt werden. In der Praxis müssen Batterien daher eher noch größer ausgelegt werden, um eigenständig SRL zu erbringen.

Es gibt auch Konzepte, die eine Batterie mit anderen Einheiten (zum Beispiel Gasturbinen) kombinieren. Dadurch kann die Kapazität der Batterie verringert werden und trotzdem eine Erbringung von 4 Stunden gewährleistet werden. Dies wurde beispielsweise beim TWL Hybridkraftwerk demonstriert, bei dem eine 9,6 MW / 6,5 MWh Batterie mit einer 4,5 MW Gasturbine und einer Power-to-heat-Anlage gekoppelt wurde um das begrenzte Arbeitsvermögen des Speichers abzusichern. Bei dem Projekt sollen gleichzeitig 7,5 MW PRL und +/- 4 MW SRL vermarktet werden können, was in Kombination höhere Erlöse als bei der Vermarktung der Einzelanlagen ermöglichen soll.

Erlöse aus der Vorhalteprämie (Leistungspreis)

Die Abschätzung der Erlöse aus der SRL-Vorhaltung ist recht einfach. Die ÜNB veröffentlichen täglich die Ergebnisse der Auktionen im SRL-Markt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Gegensatz zur PRL der Preis nicht über ein Pay-as-Cleared Verfahren ermittelt wird, sondern eine Pay-as-Bid Auktion stattfindet. In der PRL kann ein Batteriespeicher ohne alternative Vermarktungsoptionen für jede Auktion einen Leistungspreis von Null Euro bieten und erhält den sicheren Zuschlag zum allgemeinen Clearing-Preis. In der SRL erhält der Anbieter seinen tatsächlich gebotenen Preis. Als Anbieter muss daher eine Gebotsstrategie entwickelt werden.

In meiner Auswertung vereinfache ich diesen Schritt und wähle den durchschnittlichen Zuschlagspreis aller Anbieter. Hierbei vernachlässige ich, dass der Speicher nicht jedes Mal einen Zuschlag bekommen wird – in der Realität könnten die möglichen Erlöse daher etwas unter dem mittleren Zuschlagspreis liegen.

Man erkennt, dass die SRL in den letzten Jahren sehr volatil war und die Preise in 2021 einen deutlichen Sprung nach oben gemacht haben. Mit Ausnahme von 2018 ließen sich etwa gleich hohe Erlöse über positive und negative SRL erzielen. Die Ergebnisse lagen im ersten Quartal 2022 im Vergleich zu 2021 wieder deutlich niedriger.

Bei Betrachtung des reinen Leistungspreises pro MW wäre die Vermarktung in der PRL zwischen 2018 und 2020 attraktiver gewesen. In 2021 wären dagegen höhere Erlöse in der SRL möglich gewesen. Hierbei muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Batterie für die Vermarktung in der PRL kleiner dimensioniert werden könnte. Darauf wird später noch genauer eingegangen.

Erlöse aus der Aktivierungsprämie (Arbeitspreis)

Die Berechnung der Erlöse aus den SRL-Abrufen ist etwas komplexer als die Abschätzung der Vorhaltungserlöse. Dies liegt daran, dass die Einnahmen von den sekündlichen (zufälligen) Aktivierungen der ÜNB und den Ergebnissen des Regelarbeitsmarktes in den einzelnen täglichen Zeitscheiben für positive und negative SRL abhängig sind. Die ÜNB veröffentlichen die für die Auswertung notwendigen Daten hier:

• Sekündliche SRL-Abrufwerte
• Anonyme Angebotslisten der SRL-Auktionen

SRL-Abrufkurven

Um die Erlöse abzuschätzen, habe ich im ersten Schritt die sekündlichen SRL-Aktivierungen in jährlichen Abrufkurven zusammengefasst. Weil die Rohdaten mehrere GB groß sind habe ich dafür die Statistik-Software „R“ verwendet. Die Daten habe ich erst von fehlenden Messwerten bereinigt und anschließend mit einer Schrittweite von 25 MW aggregiert. Die folgende Grafik zeigt die durchschnittliche Aktivierungsdauer in Abhängigkeit der Abrufhöhe für die Jahre 2019-2021, sowohl in positiver als auch in negativer Richtung. Für 2018 war leider kein kompletter Datensatz verfügbar, daher ist das Jahr nicht dargestellt.

Die Grafik zeigt auf den ersten Blick, dass die Aktivierung von größeren SRL-Mengen (= größere Ungleichgewichte im Netz) seltener vorkommt als die Aktivierung von kleineren Mengen. Es fällt auf, dass die Abrufdauer nicht normalverteilt ist. Dies könnte daran liegen, dass die ÜNB nicht nur SRL zum Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz verwenden, sondern auch über IGCC, PRL und MRL. In der Mitte haben die Kurven außerdem etwas unschöne Ecken, was an der Auflösung der Auswertung (Bin-Size) liegt – für die weitere Berechnung ist dies jedoch nicht weiter tragisch, da wir uns mehr für die Randbereiche der Kurven interessieren.

Im Jahr 2021 wurden für ca. vier Stunden +/- 200 MW abgerufen. Bei +/- 500 MW lag die Abrufdauer nur bei ca. 1,5 Stunden. Es wird auch deutlich, dass die drei Jahre unterschiedliche Abrufcharakteristika besitzen. In 2019 ist die Kurve beispielsweise deutlich breiter als in 2021. Dies deutet darauf hin, dass im Jahr 2019 mehr SRL abgerufen wurde. Das leuchtet ein, da im ersten Halbjahr 2019 noch das Mischpreisverfahren eingesetzt wurde, welches zu höheren Abrufen geführt hatte.

Ableitung der Ladezyklen für die Batterie

In der Literatur wird davon ausgegangen, dass bei einem Anbieter in der PRL pro vermarktetem MW etwa eine Stunde pro Tag in beide Richtungen abgerufen wird.** Um eine Vergleichbarkeit der Belastung herzustellen, wäre eine ähnliche Abrufdauer für den Speicher in der SRL sinnvoll. Aus den Kurven geht hervor, dass die ÜNB 2019-2021 im Schnitt SRL in Höhe von 675 MW für eine Stunde pro Tag aktiviert haben, sowohl in positiver als auch negativer Abrufrichtung. Dies entspricht damit ungefähr der Belastung in der PRL. Effektiv ergäbe sich dadurch ein voller Ladezyklus für eine Batterie mit 1 MW/1 MWh pro Tag.

Zusätzlich habe ich die Abrufkurven bei +/- 450 MW und +/- 325 MW untersucht, dort werden SRL-Anbieter täglich zwei bis drei Stunden abgerufen. Ich habe außerdem die Abrufe bei +/- 875 MW betrachtet, was einer halben Stunde Abrufdauer pro Tag entspricht. Zur Vereinfachung vernachlässige ich das nötige Lademanagement durch ungleichmäßig verteilte tägliche Abrufe. Im ungünstigsten Fall könnte sich die Zahl der Ladezyklen dadurch im Schnitt maximal verdoppeln.

Kombination mit den anonymen Angebotskurven

Um nun abzuschätzen, wie viel ein Speicher über diese Abrufe pro Jahr verdienen kann, habe ich die mittlere Tägliche Abrufleistung mit den anonymen Angebotskurven der SRL-Arbeitspreisauktionen abgeglichen. Als Beispiel ist in der Grafik unten ein Auszug der Arbeitspreiskurve bis 1.000 MW der bezuschlagten Gebote zwischen 00:00 und 04:00 Uhr vom 02.12.2021 dargestellt.

In dieser Zeitscheibe kostete der Strom an der EEX im Schnitt ca. 50 €/MWh (Day-Ahead Auktion). Bei einem Ungleichgewicht im Netz verlangten die Anbieter für die Aktivierung positiver SRL einen Arbeitspreis von 250 – 690 €/MWh, was deutlich über dem Strompreis liegt. Spannend ist hier auch die Erbringung von negativer SRL. Bis zu einer Aktivierung von 500 MW negativer SRL waren die Anbieter bereit dem ÜNB für eine Entnahme von Strom Geld zu zahlen. Falls das Ungleichgewicht im Netz darüber hinaus ginge, müsste der ÜNB den Anbietern Geld dafür zahlen, weniger Strom ins Netz einzuspeisen.

In diesem Beispiel vom 2.12.2021 hätte die Batterie die Chance bei einem positiven SRL Abruf von 675 MW Strom für 690 €/MWh zu verkaufen und bei einem negativen Abruf für -10 €/MWh zu kaufen. Aus diesem Unterschied von KAuf- und Verkaufspreis ergibt sich ein Arbeitspreis-Spread von 700 €/MWh für diese Zeitscheibe.

Einen spannenden Punkt habe ich in der Grafik bewusst „abgeschnitten“. Die vollständige Merit Order geht an diesem und auch an vielen anderen Tagen bis über +/- 10.000 €/MWh (siehe Grafik oben). Dies kann zu einem maximalen Spread von 20.000 €/MWh oder mehr führen. Die Abrufwahrscheinlichkeit ist bei diesen sehr hohen Arbeitspreisen zwar gering, allerdings könnten sich über eine dynamische Anpassung des Arbeitspreises Zusatzerlöse erzielen lassen. Eine Batterie kann außerdem im Tagesverlauf teilweise in der SRL und teilweise in der Arbitrage eingesetzt werden. Wenn besonders hohe Spreads in einzelnen Stunden im Intraday-Handel erwartet werden, könnte die Batterie ihre täglichen Zyklen hier „verbrauchen“ und den restlichen Tag mit hohem Arbeitspreis in der SRL vermarktet werden um die Zellen zu schonen.

Systematische Berechnung der SRL Arbeitspreis-Spreads

Für meine Auswertung habe ich nun die anonymen Angebotslisten der täglichen SRL-Auktionen aggregiert und die durchschnittlichen Arbeitspreis-Spreads aller 4-Stunden-Zeitscheiben bei einem Abruf von 325, 450, 675 und 875 MW berechnet. Dies ist über eine Excel-Auswertung möglich. Die folgende Grafik zeigt, dass sich dadurch bis zu 190.000 €/MW vermarkteter SRL pro Jahr in 2021 ergaben. Es wird deutlich, dass die Erlöse aus den Abrufen durchaus vergleichbar mit den Erlösen aus dem Leistungspreis sind.

Eine entscheidende Annahme bei dieser Betrachtung ist, dass der Anbieter bei der SRL-Aktion die Arbeitspreis-Gebote der anderen Anbieter im Voraus kennt und sein Gebot so legen kann, dass er bei einer bestimmten Abrufhöhe aktiviert wird. Dies ist möglich, wenn die anderen Anbieter im Markt immer ähnliche Angebote setzen und man sich an den vorherigen Auktionen orientieren kann. In der Praxis wird dies häufig schwierig sein, sodass es Tage geben wird, an denen man weiter vorne oder hinten in der Merit Order liegt und häufiger oder seltener abgerufen wird. Außerdem treten Störungen im Netz zufällig auf und die Schwere der Ungleichgewichte an einzelnen Tagen lässt sich kaum vorhersehen. Das führt ebenfalls zu täglich schwankenden Einsatzprofilen der Batterie und zu mehr oder weniger Ladezyklen an einem einzelnen Tag.

Die Schwankung der täglichen Ladezyklenzahl stellt die Betriebsführung der Batterie vor größere Herausforderungen als die sehr gut planbaren Einsätze bei der Arbitrage und die relativ normalverteilten Abrufe der PRL. Der Einfluss der thermischen Belastung der Zellen und deren Auswirkungen auf die Alterung sollte daher vor dem Einsatz in der SRL sorgfältig geprüft werden. Ein nicht zu vernachlässigender Punk ist sicherlich auch die Korrelation aus SRL-Abrufen und Intraday-Preisen. Dazu empfehle ich die Veröffentlichung von Lion Hirth aus dem letzten Jahr. Sie legt nahe, dass nach SRL- und
MRL- Abrufen systematische Preisbewegungen bei allen Intraday-Produkten mit Lieferzeitpunkt in den folgenden zwei Stunden stattfinden. Dies könnte den effektiven SRL-Spread etwas reduzieren. Leider fehlen mir für eine genauere Auswertung die Intraday-Orderbuch Daten.

Im nächsten Abschnitt habe ich die Aktivierungs- und Vorhalte-Erlöse addiert und mit den Erlösen der PRL und Arbitrage ins Verhältnis gesetzt.

Erlösvergleich zwischen PRL, SRL und Arbitrage

In Teil 1 habe ich eine Batterie mit einer Auslegung von 1 MW Leistung und 1 MWh Kapazität verwendet. Mit diesem System lässt sich 1 MW PRL erbringen und es bleibt auch ausreichend Spiel für das Nachlademanagement. Mit dem gleichen System könnte man aufgrund der Mindestanforderungen der ÜNB jedoch maximal 0,5 MW an positiver und negativer SRL vermarkten. Um die Systeme vergleichbar zu machen, müssen daher die Erlöse aus den obigen Berechnungen im Vergleich zu den Erlösen aus der PRL halbiert werden.

Um eine ähnliche Belastung durch Ladezyklen zu erreichen, habe ich zur Berechnung der Erlöse den Punkt auf der Abrufkurve bei +/ 450 MW gewählt. Dadurch wird das System zwei Stunden pro Tag abgerufen, was bei einer vermarktbaren SRL von 0,5 MW einer Abrufmenge von +/- 1 MWh entspricht. Die folgende Grafik zeigt diesen Vergleich.

Fazit

Die hier untersuchte Batterie hätte bei Auslegung für den PRL-Einsatz (1 MW/1 MWh) mit maximal halber Leistung in der SRL eingesetzt werden können. Trotzdem hätte sie 2019 – 2021 höhere Erlöse als in der PRL erzielt. Nur in 2018 waren die Erlöse in der SRL so niedrig, dass PRL und Arbitrage attraktiver gewesen wären. Das gute Abschneiden der SRL liegt daran, dass die verringerten Einnahmen aus dem halbierten Leistungspreis über zusätzliche Erlöse aus den bezahlten Abrufen der ÜNB kompensiert werden können.

Insgesamt überrascht mich das Ergebnis, da die meisten Batterien aktuell in der PRL vermarktet werden. Das deutet darauf hin, dass die Erlöse nicht das einzige Entscheidungskriterium bei der Vermarktung sein könnten. Eventuell scheuen die Batteriebetreiber das SRL-Gebotsverfahren mit dem höheren Zuschlagsrisiko oder das komplexere Nachlademanegement beziehungsweise die weniger planbaren Ladezyklen. Außerdem müsste die vermarktbare Leistung in der Praxis wahrscheinlich niedriger angesetzt werden, um einen ausreichend großen Arbeitsbereich zu gewährleisten. Die tatsächlichen Arbeitspreis-Erlöse könnten aufgrund der Korrelation aus SRL-Abrufen und Intraday-Preisen außerdem niedriger ausfallen.

Meiner Ansicht nach ist die SRL trotzdem eine spannende Vermarktungsalternative, die bei der Erlösoptimierung und Wirtschaftlichkeitsplanung von Speichern berücksichtigt werden sollte. Die Batterie kann im Vergleich zur PRL häufiger eingesetzt werden und dadurch höhere Einnahmen erzielen. Über eine optimierte Arbeitspreis-Strategie könnten sich wahrscheinlich auch höhere Abruf-Erlöse erzielen lassen. Dabei würde die gezielte Kombination mit dem Intraday-Handel eine bessere Kontrolle der Ladezyklen ermöglichen.

Anmerkungen

* Den SRL-Arbeitspreisen wurden über die Jahre verschiedene Obergrenzen gesetzt. Aktuell liegt der maximale Arbeitspreis bei 99.999,99 Euro pro Megawattstunde. Dieser soll jedoch im Juni 2022 auf 15.000 Euro pro Megawattstunde reduziert werden. Siehe Link zu ACER.

** Das entspricht in dieser älteren Auswertung der PRL Abrufhäufigkeit ca. ~60 MWh pro Monat, 30 MWh positiv & 30 MWh negativ.

— Der Autor Christian Schäfer ist Senior Consultant bei Arup und befasst sich mit Transaktionen im Bereich der erneuerbaren Energien und Batteriegroßspeichern. Parallel betreibt er die unabhängige Analyseplattform Regelleistung-Online. Zuvor war er Mitbegründer der Adaptive Balancing Power GmbH und Portfoliomanager im Kurzfristhandel bei MVV. https://www.regelleistung-online.de/ —

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