Die Bewertung der Eignung dezentraler Klein-KWK-Anlagen zur Bereitstellung positiver Minutenreserve erfordert Kenntnisse über die Charakteristik der Reserve-Inanspruchnahme. Eine Option zur Modellierung ist eine Zerlegung der Inanspruchnahme in Einflusskomponenten mittels Zeitreihenanalyse. Das verfügbare Datenmaterial verspricht belastbare Ergebnisse. / For evaluating small decentralized co-generation plants as positive tertiary reserve energy supply, detailed knowledge about the characteristic of using positive tertiary reserve power is necessary. One option to model the use of positive tertiary reserve power is to parse the use into single components with the help of time series analysis. The given data prove convincing results.

Im Rahmen der Arbeit wurden die Daten für Minutenreserveabrufe in den Jahren 2006 und 2007 nach Regelzonen analysiert und ein stochastisches Modell erstellt. Die detaillierte Analyse der Minutenreserveabrufe ergab eine Tageszeitabhängigkeit des Auftretens von Abrufen. In den Nachtstunden erfolgten sehr wenige bis keine Abrufe. Die jeweils abgerufenen Mengen lassen ebenfalls eine Tageszeitabhängigkeit erkennen. Auffällig war, dass die Minutenreserveabrufe in der RWE-Regelzone signifikant anders als in den übrigen Regelzonen erfolgten. Für die Modellbildung wurde ein zusammengesetzter Poisson-Prozess gewählt. Die Intensität λ blieb dabei konstant. Um die Tageszeitabhängigkeit einfließen zu lassen, wurde angenommen, dass die Mengen pro Abruf einer Normalverteilung mit tageszeitabhängigen Parametern μ und σ gehorchen. Mit Hilfe des Modells erfolgten Simulationen von Minutenreser-veabrufen für jede Regelzone. Zur Verifikation des Modells wurden die simulierten Abrufe mit den real eingetretenen Abrufen im Jahr 2008 verglichen. In Intensität der Abrufhäufigkeit und im Erwartungswert der Abrufmengen decken sich die Simulationen sehr gut mit der Realität (siehe Abbildung). Unter Anwendung des Modells lassen sich vielfältige Berechnungen beispielsweise zum Einsatz dezentraler KWK-Anlagen durchführen. In naher Zukunft ist die Er-weiterung des Modells um das in der Realität häufig eintretende Ereignis mehrerer direkt aufeinander folgender Abrufe in etwa derselben Höhe oder auch die Betrachtung negativer Minutenreserve wünschenswert.

Ziel der Dissertation ist, die Bereitstellung positiver Minutenreserve durch dezentrale Klein-KWK-Anlagen unter technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten zu bewerten. Die Grundlage einer solchen Bewertung bilden detaillierte Kenntnisse des Abrufverhaltens positiver Minutenreserve. Deshalb wird die Inanspruchnahme positiver Minutenreserve untersucht und als stochastischer Prozess modelliert. Auf dieser Basis erfolgen Betrachtungen zur Dimensionierung der Wärmespeicher, zum Netzbetrieb mit hoher Dichte dezentraler Klein-KWK-Anlagen und zur Wirtschaftlichkeit eines solchen Konzeptes. Die abschließende ganzheitliche Betrachtung liefert Hinweise zur optimalen Betriebsweise der Klein-KWK-Anlagen. / From the technical point of view, virtual power plants consisting of small decentralized co-generation plants are able to provide positive tertiary reserve power for the European electricity transmission grid. For serious analyses, detailed knowledge about the load-characteristic of called reserve power is essentially. In order to examine grid operation, heat storage capacity and optimized power plant operation, the switch-on times of co-generation plants and the co-generated heat during reserve power provision have to be estimated. Aiming this, the called positive tertiary reserve power in Germany is analyzed and a mathematical model of the call-characteristic is synthesized. Furthermore, the results of examining grid operation, optimizing heat storage capacity and power plant operation are given. Calls of positive tertiary reserve power usually occur suddenly, non-scheduled and jumpy. Sometimes, there are single calls. Usually, calls occur clustered, i.e. one call is directly followed by further calls. Positive reserve power is much higher frequented under peak-load conditions than under base-load conditions. The characteristic of calling positive tertiary reserve power deeply depends on the control area. From the mathematical point of view, a Poisson-process fits non-scheduled and jumpy occurring events. Each jump marks a call date of positive tertiary reserve power. The values of the called power fit a logarithmical normal distribution. The lengths of the call-clusters satisfactorily fit a geometrical distribution. The expected value of called reserve energy is modeled dependent from the time of the day. The model is essential for simulating all combinations of switch-on times of co-generation plants and of co-generated heat volumes that might occur during providing reserve power. Aiming to optimize the installed heat storage capacity, the quote of heat use has to be examined. From both technical and ecological point of view, installing large heat storages is desirable in order to use all co-generated heat. From the economical point of view, installing any heat storage is not sensible. The solution of this trade-off is installing a heat storage that guarantees less or equal CO2-emissions than a conventional power plant fired with natural gas. The results of this thesis lead to 1 kWh heat storage capacity per 1 kW installed electrical power as rule of thumb. Concerning grid operation in steady state, a much higher density of co-generation plants than expected is technically installable. A general rule for extending the installable decentralized power cannot be deducted. Examining economics, decentalized co-genertation plants are desired to provide balancing power during their stand-by times. Building a virtual power plant only in order to provide reserve power is not economically sensible. From the power plant owners' view, providing positive tertiary reserve power by small decentralized co-generation plants is generally sustainable.

Im Rahmen der Arbeit wurden die Daten für Minutenreserveabrufe in den Jahren 2006 und 2007 nach Regelzonen analysiert und ein stochastisches Modell erstellt. Die detaillierte Analyse der Minutenreserveabrufe ergab eine Tageszeitabhängigkeit des Auftretens von Abrufen. In den Nachtstunden erfolgten sehr wenige bis keine Abrufe. Die jeweils abgerufenen Mengen lassen ebenfalls eine Tageszeitabhängigkeit erkennen. Auffällig war, dass die Minutenreserveabrufe in der RWE-Regelzone signifikant anders als in den übrigen Regelzonen erfolgten. Für die Modellbildung wurde ein zusammengesetzter Poisson-Prozess gewählt. Die Intensität λ blieb dabei konstant. Um die Tageszeitabhängigkeit einfließen zu lassen, wurde angenommen, dass die Mengen pro Abruf einer Normalverteilung mit tageszeitabhängigen Parametern μ und σ gehorchen. Mit Hilfe des Modells erfolgten Simulationen von Minutenreser-veabrufen für jede Regelzone. Zur Verifikation des Modells wurden die simulierten Abrufe mit den real eingetretenen Abrufen im Jahr 2008 verglichen. In Intensität der Abrufhäufigkeit und im Erwartungswert der Abrufmengen decken sich die Simulationen sehr gut mit der Realität (siehe Abbildung). Unter Anwendung des Modells lassen sich vielfältige Berechnungen beispielsweise zum Einsatz dezentraler KWK-Anlagen durchführen. In naher Zukunft ist die Er-weiterung des Modells um das in der Realität häufig eintretende Ereignis mehrerer direkt aufeinander folgender Abrufe in etwa derselben Höhe oder auch die Betrachtung negativer Minutenreserve wünschenswert.:1 Einleitung 2 Ausgangssituation 3 Analyse der Minutenreserveabrufe nach Regelzonen 4 Modellierung der abgerufenen Minutenreserve 5 Qualitätsbewertung des Modells 6 Zusammenfassung und Ausblick

Die Bewertung der Eignung dezentraler Klein-KWK-Anlagen zur Bereitstellung positiver Minutenreserve erfordert Kenntnisse über die Charakteristik der Reserve-Inanspruchnahme. Eine Option zur Modellierung ist eine Zerlegung der Inanspruchnahme in Einflusskomponenten mittels Zeitreihenanalyse. Das verfügbare Datenmaterial verspricht belastbare Ergebnisse. / For evaluating small decentralized co-generation plants as positive tertiary reserve energy supply, detailed knowledge about the characteristic of using positive tertiary reserve power is necessary. One option to model the use of positive tertiary reserve power is to parse the use into single components with the help of time series analysis. The given data prove convincing results.

Ziel der Dissertation ist, die Bereitstellung positiver Minutenreserve durch dezentrale Klein-KWK-Anlagen unter technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten zu bewerten. Die Grundlage einer solchen Bewertung bilden detaillierte Kenntnisse des Abrufverhaltens positiver Minutenreserve. Deshalb wird die Inanspruchnahme positiver Minutenreserve untersucht und als stochastischer Prozess modelliert. Auf dieser Basis erfolgen Betrachtungen zur Dimensionierung der Wärmespeicher, zum Netzbetrieb mit hoher Dichte dezentraler Klein-KWK-Anlagen und zur Wirtschaftlichkeit eines solchen Konzeptes. Die abschließende ganzheitliche Betrachtung liefert Hinweise zur optimalen Betriebsweise der Klein-KWK-Anlagen. / From the technical point of view, virtual power plants consisting of small decentralized co-generation plants are able to provide positive tertiary reserve power for the European electricity transmission grid. For serious analyses, detailed knowledge about the load-characteristic of called reserve power is essentially. In order to examine grid operation, heat storage capacity and optimized power plant operation, the switch-on times of co-generation plants and the co-generated heat during reserve power provision have to be estimated. Aiming this, the called positive tertiary reserve power in Germany is analyzed and a mathematical model of the call-characteristic is synthesized. Furthermore, the results of examining grid operation, optimizing heat storage capacity and power plant operation are given. Calls of positive tertiary reserve power usually occur suddenly, non-scheduled and jumpy. Sometimes, there are single calls. Usually, calls occur clustered, i.e. one call is directly followed by further calls. Positive reserve power is much higher frequented under peak-load conditions than under base-load conditions. The characteristic of calling positive tertiary reserve power deeply depends on the control area. From the mathematical point of view, a Poisson-process fits non-scheduled and jumpy occurring events. Each jump marks a call date of positive tertiary reserve power. The values of the called power fit a logarithmical normal distribution. The lengths of the call-clusters satisfactorily fit a geometrical distribution. The expected value of called reserve energy is modeled dependent from the time of the day. The model is essential for simulating all combinations of switch-on times of co-generation plants and of co-generated heat volumes that might occur during providing reserve power. Aiming to optimize the installed heat storage capacity, the quote of heat use has to be examined. From both technical and ecological point of view, installing large heat storages is desirable in order to use all co-generated heat. From the economical point of view, installing any heat storage is not sensible. The solution of this trade-off is installing a heat storage that guarantees less or equal CO2-emissions than a conventional power plant fired with natural gas. The results of this thesis lead to 1 kWh heat storage capacity per 1 kW installed electrical power as rule of thumb. Concerning grid operation in steady state, a much higher density of co-generation plants than expected is technically installable. A general rule for extending the installable decentralized power cannot be deducted. Examining economics, decentalized co-genertation plants are desired to provide balancing power during their stand-by times. Building a virtual power plant only in order to provide reserve power is not economically sensible. From the power plant owners' view, providing positive tertiary reserve power by small decentralized co-generation plants is generally sustainable.