Die Verwendung elektrischer Energie ist ein essenzieller Bestandteil industrieller Prozesse. Aufgrund der aktuellen Bemühungen für eine Energiewende hin zu regenerativen Energien ist es sehr wahrscheinlich, dass die industrielle Bedeutung des elektrischen Stromes weiter zunehmen wird. Damit dabei die Ziele der Roadmap 2050, eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 80 % bezogen auf 1990, erreichbar bleiben, bedarf es der unausweichlichen Etablierung erneuerbarer Energien. Dies ist kostenintensiv und aufgrund der ungleichmäßigen Energiebereitstellung nicht ohne Probleme für die aufgebauten Netzstrukturen. Der flexible Leistungsbezug (Demand Response) wird aufgrund seines netzdienlichen Charakters als ein Schlüssel zur Netzstabilisierung und direkten Energiekostenreduzierung gesehen. Jedoch trägt die energieintensive Papierindustrie mit ihren Papiermaschinen bislang keinen bedeutenden Teil zu diesem Ansatz bei und profitiert demnach auch nicht von den finanziellen Vorteilen. Eine Ursache dafür ist, dass dieser Branche auf Grundlage der bisherigen Be-wertungsmethoden kaum wirtschaftliche Potentiale für einen flexiblen Lastbezug zugespro-chen werden. Ein wesentlicher Teil der vorliegenden Arbeit widmet sich der Entwicklung eigner, den Be-dürfnissen der Papierindustrie angepassten, Erhebungs-, Bewertungs- sowie angeschlosse-nen Vermarktungsmethoden für eine Energiekostenreduzierung auf der Grundlage flexibler Lasten. Für die Kostenoptimierung stehen unterschiedliche Möglichkeiten, wie die in der vor-liegenden Arbeit betrachtete Regelleistungsvermarktung, zur Verfügung. Die Ergebnisse eines sortenspezifischen Analyseansatzes von Prozess- und Energieein-satzkennzahlen zeigen, dass von der Papierindustrie ein größeres Mitwirken am Regelleis-tungsmarkt zu erwarten sein kann, als es bisher angenommen wurde. Die erkannten Poten-tiale zur Lastflexibilisierung sind jedoch nicht jederzeit verfügbar. Damit diese Verfügbarkeit nicht überschritten wird, müssen die Mechanismen, die zum Regellastabruf führen, verstan-den und deren Einfluss auf einen Lastabruf genutzt werden. Zu diesem Zweck wurde im Zuge der Arbeit die Grenzlast eingeführt. Die Grenzlast kennzeichnet die Regellasthöhe, welche aus statistischer Sicht nicht öfter abgerufen wird, als es die Verfügbarkeit zulässt. Es wird belegt, dass auch von der Papierindustrie eine Beteiligung am Regelenergiemarkt möglich ist und die Energiekosten auf diese Weise reduzierbar wären, ohne den Fokus auf das Kerngeschäft zu verlieren.:I. Abbildungsverzeichnis II. Tabellenverzeichnis III. Formelverzeichnis IV. Abkürzungen, Formelzeichen V. Thesenübersicht 1 Einleitung und Motivation 1.1 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 1.1.1 Ziele der Untersuchungen 1.1.2 Abgrenzung zu verfügbaren Software-Lösungen 1.2 Energieoptimierung – Sichtweisen und Definitionen 1.3 Energiepolitik und umweltpolitische Forderungen 1.3.1 Roadmap 2050 1.3.2 Zieldreieck 1.3.3 Flexible Lasten und der zukünftige Energiemarkt 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Key Perfomance Indicator - Schlüsselfaktoren 2.2 Kennzahlen der Papierindustrie 2.3 Energiesystem in Deutschland 2.3.1 Energiepreise – Preisbildung 2.4 Netzregulierung – Regelleistung 2.5 Charakterisierung von Regelleistungsarten 2.5.1 Datenaufbereitung des Regelleistungseinsatzes 2.5.2 Minutenreserve 2.5.3 Sekundärreserve 2.6 Demand Response 2.6.1 Demand Response - Definition 2.6.2 Demand Response – Speicher 2.6.3 Finanzielle Auswirkungen von Demand Response 3 Methodik – Entwicklung und Durchführung 3.1 Ableitung konkreter Arbeitsaufgaben 3.2 Erhebung sortenspezifischer Kennzahlen 3.2.1 Sortenspezifische Kennwertberechnung 3.2.2 For-Schleife 3.2.3 Anwendungssoftware 3.2.4 Überführung produktspezifischer Kennzahlen in den Produktionsplan 3.3 Potentialerhebung flexibler Lasten 3.3.1 Potentialermittlung nach Klobasa 3.3.2 Diskussion der Klobasa Methode im Kontext weiterer Methoden 3.4 Analyse der Auktionsergebnisse von Regelleistung 3.5 Ermittlung und Einflussnahme auf die Abrufdauer von Regelleistung 3.5.1 Grenzlastprognose 3.5.2 Entwicklung der Preisstruktur zur Energiekostenoptimierung 3.6 Eignungsbewertung der ermittelten Regelleistungspotentiale 4 Anwendung grundlegender Erkenntnisse und Methoden 4.1 Reservelastpotential durch Änderung des Dampfbezuges 4.1.1 Ermittlung der Potentialhöhe 4.1.2 Qualitätsbewertung der potentiellen Reserveleistung 4.1.3 Ermittlung der Potentialverfügbarkeit 4.1.4 Herleitung und Bewertung des Arbeitspreises 4.1.5 Herleitung und Bewertung des Leistungspreises 4.1.6 Bestimmung der Energiekostenoptimierung 4.2 Reservelastpotential durch Änderung der Antriebslast - Ausblick 4.2.1 Qualitätsbewertung – sortenspezifische Betrachtung der Antriebslast 5 Effizienzsteigerung durch sortenspezifische Kennwerte 5.1 Energieoptimierungssystem 5.1.1 Zielwerterhebung im Energie Optimierungs System (EOS) 5.1.2 Funktionsweise des EOS 6 Zusammenfassung VI. Literaturverzeichnis VII. Anhang

Introducing more intermittent renewable energy sources in the energy system makes the role of balancing power more important. Furthermore, an increased infeed from intermittent renewable energy sources also has the effect of creating lower and more volatile electricity prices. Hence, investing in balancing power is prone to high risks with respect to expected profits, which is why a good representation of electricity prices is vital in order to motivate future investments. We propose a stochastic multi-factor model to be used for simulating the long-run dynamics of electricity prices as input to investment valuation of power generation assets. In particular, the proposed model is used to assess the impact of electricity price dynamics on investment decisions with respect to balancing power generation, where a combined heat and power plant is studied in detail. Since the main goal of the framework is to create a long-term representation of electricity prices so that the distributional characteristics of electricity prices are maintained, commonly cited as seasonality, mean reversion and spikes, the model is evaluated in terms of yearly duration which describes the distribution of electricity prices over time. The core aspects of the framework are derived from the mean-reverting Pilipovic model of commodity prices, but where we extend the assumptions in a multi-factor framework by adding a functional link to the supply- and demand for power as well as outdoor temperature. On average, using the proposed model as a way to represent future prices yields a maximum 9 percent overand underprediction of duration respectively, a result far better than those obtained by simpler models such as a seasonal profile or mean estimates which do not incorporate the full characteristics of electricity prices. Using the different aspects of the model, we show that variations of electricity prices have a large impact on the investment decision with respect to balancing power. The realized value of the flexibility to produce electricity in a combined heat and power plant is calculated, which yields a valuation close to historical realized values. Compared with simpler models, this is a significant improvement. Finally, we show that by including characteristics such as non-constant volatility and spiky behavior in investment decisions, the expected value of balancing power generators, such as combined heat and power plants, increases. / I takt med att fler intermittenta förnyelsebara energikällor tillför el i dagens energisystem, blir också balanskraftens roll i dessa system allt viktigare. Vidare så har en ökning av andelen intermittenta förnyelsebara energikällor även effekten att de bidrar till lägre men också mer volatila elpriser. Därmed är även investeringar i balanskraft kopplade till stora risker med avseende på förväntade vinster, vilket gör att en god representation av elpriser är central vid investeringsbeslut. Vi föreslår en stokastisk flerfaktormodell för att simulera den långsiktiga dynamiken i elpriser som bas för värdering av generatortillgångar. Mer specifikt används modellen till att utvärdera effekten av elprisers dynamik på investeringsbeslut med avseende på balanskraft, där ett kraftvärmeverk studeras i detalj. Eftersom huvudmålet med ramverket är att skapa en långsiktig representation av elpriser så att deras fördelningsmässiga karakteristika bevaras, vilket i litteraturen citeras som regression mot medelvärde, säsongsvariationer, hög volatilitet och spikar, så utvärderas modellen i termer av årlig prisvaraktighet som beskriver fördelningen av elpriser över tid. Kärnan i ramverket utgår från Pilipovic-modellen av råvarupriser, men där vi utvecklar antaganden i ett flerfaktorramverk genom att lägga till en länkfunktion till tillgång- och efterfrågan på el samt utomhustemperatur. Vid användande av modellen som ett sätt att representera framtida priser, fås en maximal över- och underprediktion av prisvaraktighet om 9 procent, ett resultat som är bättre än det som ges av enklare modellering såsom säsongsprofiler eller enkla medelvärdesestimat som inte tar hänsyn till elprisernas fulla karakteristika. Till sist visar vi med modellens olika komponenter att variationer i elpriser, och därmed antaganden som används i långsiktig modellering, har stor betydelse med avseende på investeringsbeslut i balanskraft. Det realiserade värdet av flexibiliteten att producera el för ett kraftvärmeverk beräknas, vilket ger en värdering nära faktiska realiserade värden baserade på historiska priser och som enklare modeller inte kan konkurrera med. Slutligen visar detta också att inkluderandet av icke-konstant volatilitet och spikkarakteristika i investeringsbeslut ger ett högre förväntat värde av tillgångar som kan producera balanskraft, såsom kraftvärmeverk.