PJM beschafft Nebendienstleistungen auf seinen Großhandelsmärkten, um die Netzstabilität zu gewährleisten. Diese Dienstleistungen verfolgen hauptsächlich zwei Ziele:

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• um die Netzfrequenz kontinuierlich nahe 60 Hz zu halten und
• um zusätzliche Kapazität schnell für unvorhergesehene Ereignisse bereitzustellen, etwa bei einem Ausfall eines Generators.

Es gibt weitere Dienste – wie den Black Start Service –, die PJM für andere Zwecke vorhält, etwa für einen Netzwiederanlauf nach einem Stromausfall. Diese Dienste werden nicht über die Großhandelsmärkte beschafft und es qualifiziert sich nur eine kleine Teilmenge der Ressourcen.

Was sind die Nebendienstleistungen von PJM und welchem Zweck dienen sie?

PJM beschafft vier Arten von Nebendienstleistungen über die Großhandelsmärkte:

• Regelung,
• Synchronized Reserve Services (SRS),
• Primary Reserve Services (PRS) und
• 30-Minuten-Reserve-Services (TMRS).

Die drei Reserve-Services unterscheiden sich in den Ressourcen, die sie bereitstellen dürfen, sowie in der erwarteten Reaktionszeit bei Abruf.

SRS umfasst ausschließlich synchronisierte Ressourcen – also Ressourcen, die online sind und innerhalb von 10 Minuten oder weniger reagieren können.

PRS umfasst alle SRS-Anbieter sowie zusätzliche nicht-synchronisierte Ressourcen – also offline verfügbare Ressourcen, die innerhalb von 10 Minuten oder weniger reagieren können.

TMRS schließlich umfasst alle SRS- und PRS-Anbieter sowie weitere sekundäre Ressourcen – so sind sowohl offline als auch online Ressourcen teilnahmeberechtigt, wenn sie innerhalb von 10 bis 30 Minuten reagieren können.

Wer stellt Nebendienstleistungen bereit?

Ressourcen sind zur Bereitstellung von Regelungsdienstleistungen berechtigt, wenn sie:

• sich im Regelgebiet von PJM befinden,
• in der Lage sind, automatische Steuerungssignale des Systembetreibers zu empfangen und darauf zu reagieren,
• die Mindestleistungsanforderungen erfüllen und einen von PJM definierten Leistungstest bestehen und
• mindestens 0,1 MW Regelungskapazität im Beschaffungsintervall bereitstellen können – ist eine Ressource grundsätzlich berechtigt, hat aber keine verfügbare Reserve, kann sie keine Regelung erhalten.

Nahezu alle Ressourcen dürfen Kapazität in den Reservemärkten anbieten, wenn sie:

• sich im Regelgebiet von PJM befinden,
• nicht als „nur für Notfälle“ gekennzeichnet sind,
• nicht als Kernkraft-, Wind- oder Solaranlagen klassifiziert sind (es sei denn, eine Ausnahme wurde genehmigt) und
• mindestens 0,1 MW Reservekapazität im Beschaffungsintervall bereitstellen können.

Folgende Ressourcentypen sind zudem nicht berechtigt, als nicht-synchronisierte Ressourcen teilzunehmen:

• Economic Load Response – ein Programm, bei dem Unternehmen ihren Stromverbrauch bei knapper Versorgung reduzieren,
• Hybride Ressourcen – also Anlagen, die mehrere Technologien an einem Netzanschlusspunkt kombinieren,
• Batteriespeicher-Ressourcen im ESR-Teilnahmemodell – ein Rahmen, der Speicherressourcen die Selbstplanung und Teilnahme an Energie-, Kapazitäts- und Nebendienstleistungsmärkten erlaubt, und
• Pumpspeicherkraftwerke, die nicht im von PJM optimierten Pumpspeichermodell enthalten sind – ein Day-Ahead-Planungstool zur Kooptimierung von Pumpen, Erzeugung und Reserven.

Während verschiedene Ressourcentypen an den Nebendienstleistungsmärkten von PJM teilnehmen, übernehmen bestimmte Technologien je nach ihren Fähigkeiten unterschiedliche Rollen.

Zum Beispiel stellen Batterien und erdgasbefeuerte Kraftwerke den Großteil der Regelungsleistung bereit. Unter den Reserve-Nebendienstleistungen werden nicht-synchronisierte Reserven häufig von Wasserkraftwerken und Ölkraftwerken erbracht, während Erdgas und Kohle den Großteil der synchronisierten Reserven liefern.

Wann setzt PJM seine Nebendienstleistungen ein?

Systembetreiber setzen Regelungsdienste kontinuierlich ein, um Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht zu halten. Steigt oder fällt die Frequenz über bzw. unter 60 Hz, fordert PJM die Regelungsanbieter auf, ihre Einspeisung zu erhöhen oder zu senken.

Reserve-Services werden von PJM nur nach einer Störung eingesetzt. Eine Störung ist im PJM-Gebiet definiert als ein Zeitraum von 60 Sekunden, in dem das System entweder 900 MW oder 80 % der größten Einzelstörung verliert.

In den letzten 10 Jahren gab es 175 solcher Störungen, die jeweils durchschnittlich etwa 10 Minuten dauerten.

Die Synchronized und Primary Reserve Services – also SRS und PRS – müssen ihre Leistung nur für 30 Minuten aufrechterhalten. Der 30-Minuten-Reserve-Service (TMRS) wird eingesetzt, wenn Reserveleistung länger als 30 Minuten benötigt wird.

Alle Ressourcen, die Reserveleistungen erbringen – einschließlich TMRS – sind nur verpflichtet, bis zu 30 Minuten nach einer Aktivierung zu reagieren.

In den vergangenen 10 Jahren gab es nur drei Reserve-Ereignisse, die länger als 30 Minuten dauerten – alle während des Wintersturms Elliot im Dezember 2022. Das erklärt, warum TMRS in der Preisfindung meist bei 0 $/MW liegt – da dieser Dienst selten abgerufen wird.

Wie groß ist der Markt für jede Nebendienstleistung bei PJM?

PJM legt seine Anforderungen an Regelungsdienstleistungen fest, um die Kontrollstandards der North American Electric Reliability Corporation (NERC) zu erfüllen, die die Frequenz innerhalb vorgegebener Grenzen halten und kleine Abweichungen korrigieren.

Ursprünglich wurde die Beschaffungsanforderung als Prozentsatz der prognostizierten Last festgelegt, später jedoch auf einen festen effektiven MW-Wert umgestellt. Dieser Wert schwankt im Tagesverlauf je nachdem, ob sich PJM in einer Rampen- oder Nicht-Rampen-Periode befindet.

Separate NERC-Vorgaben – die Anforderungen für die Reaktion nach schwereren Frequenzstörungen definieren – und erweiterte Serviceanforderungen bestimmen die Nachfrage nach Reserveleistungen.

Die Größe der größten Einzelstörung bei PJM bestimmt letztlich die Zuverlässigkeitsanforderung. Temporäre Bedingungen wie Wetterwarnungen und Notfälle setzen die erweiterte Serviceanforderung, die für alle drei Reserven einen Basiswert von 190 MW vorsieht.

Für SRS entspricht die Zuverlässigkeitsanforderung dem Verlust aus der schwerwiegendsten Einzelstörung bei PJM – meist der Ausfall großer Kraftwerke wie Kernkraftwerke. Bei PRS beträgt die Anforderung das 1,5-fache dieses Werts. Für TMRS ist die Zuverlässigkeitsanforderung das Maximum aus der PRS-Anforderung, der größten Gasstörung oder 3.000 MW.

Bei der Erfüllung weniger restriktiver Dienste wie TMRS rechnet PJM auch Volumen aus restriktiveren Diensten an. Beispielsweise zählen SRS-Volumina auch für die Erfüllung der PRS- und TMRS-Anforderungen.

Wie erzielen Ressourcen mit diesen Diensten Einnahmen und wie werden Nebendienstleistungen bepreist?

Regelungsdienstleistungen werden ausschließlich im Echtzeitmarkt beschafft. Die Zahlungen an teilnehmende Einheiten basieren auf drei Faktoren: Fähigkeit, Leistung und entgangener Opportunitätskosten. Klicken Sie hier, um mehr darüber zu erfahren, wie PJM die Anforderungen für Regelungsdienste berechnet.

PJM beschafft Reserveleistungen sowohl im Echtzeit- als auch im Day-Ahead-Markt. PJM optimiert die kostengünstigste Kombination zur Erfüllung der jeweiligen Reserveanforderung – zusammen mit Regelung und Energie – unter Berücksichtigung der Lieferfähigkeit.

Der Marktpreis ergibt sich als Grenzpreis der teuersten Ressource, die in einem bestimmten Reservemarkt einen Zuschlag erhält, zuzüglich der Grenzpreise der allgemeineren Reserveleistungen, zu denen sie beiträgt.

Dadurch ergibt sich eine verschachtelte Preisstruktur auf den PJM-Reservemärkten: Die Erbringung eines spezifischeren Dienstes erfüllt automatisch auch die Anforderungen breiter gefasster Dienste.

Konkret bedeutet das: Der SRS-Clearingpreis ist die Summe aus dem Grenzpreis des SRS-Markts und den beiden anderen Reservemärkten. Der PRS-Clearingpreis ist die Summe aus den Grenzpreisen von PRS und TMRS. Der Clearingpreis für TMRS entspricht ausschließlich dem Grenzpreis dieses Marktes.

Welche Nebendienstleistungen waren in PJM historisch am wertvollsten?

Regelungsdienste erzielten durchgehend Preise, die mehr als fünfmal so hoch waren wie die von Reservemärkten wie PRS und SRS.

Deshalb haben sich Batterien im PJM-Gebiet bisher vor allem auf Regelungsdienste konzentriert. Da jedoch immer mehr Batterien in den kommerziellen Betrieb gehen, wird sich dieser Markt weiterentwickeln und der Wettbewerb unter den Teilnehmern zunehmen. Dies – zusammen mit der anstehenden Neugestaltung des Regelungsmarktes – wird voraussichtlich zu sinkenden Regelungspreisen führen.

Mit sinkenden Preisen werden Batterien ihren Fokus zunehmend auf SRS und PRS verlagern.

Die jüngsten Preissteigerungen auf diesen Reservemärkten deuten darauf hin, dass sich auch hier attraktive Chancen für Batteriespeicher ergeben könnten. Haupttreiber ist eine zunehmende Knappheit im PJM-System – und damit steigende Energiepreise.

Sollte sich dieser Trend – wie die Ergebnisse der Kapazitätsauktionen nahelegen – fortsetzen, könnten Reserven für Batteriespeicher (BESS) kurzfristig erhebliche Einnahmen bringen. Das gilt, bis die Marktdurchdringung das Niveau von Märkten wie ERCOT erreicht, wo eine Sättigung die Erlöse im Vergleich zum Energiehandel – also dem Kauf von Strom zu niedrigen und Verkauf zu hohen Preisen am selben Tag – oft schmälert.