Open-Access Buchpublikation „The Future European Energy System”

Das zukünftige Energiesystem in Europa muss dekarbonisiert werden und damit fast ausschließlich auf erneuerbaren Energiequellen beruhen. Die Integration großer Mengen volatiler erneuerbarer Energiequellen stellt das Energiesystem vor Herausforderung und erfordert verschiedene Flexibilitätsoptionen wie z.B. Speicher, Lastmanagement-Anwendungen, Power-to-X-Technologien, um Schwankungen zwischen Erzeugung und Nachfrage jederzeit auszugleichen. Bisher waren die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Flexibilitätsoptionen, das optimale Portfolio von Stromerzeugungstechnologien und Verbrauchern sowie deren Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft weitestgehend unerforscht. Im Forschungsprojekts REFLEX - "Analyse des europäischen Energiesystems unter den Aspekten Flexibilität und technologischen Fortschritts" hat der Lehrstuhl für Energiewirtschaft der TU Dresden mit acht weiteren europäischen Partnern an diesem Thema geforscht, um die Umsetzung des europäischen Strategieplans für Energietechnologie (SET-Plan) zu unterstützen.

Die Ergebnisse sind in einer Open-Access-Buchveröffentlichung "The Future European Energy System - Renewable Energy, Flexibility Options and Technological Progress" zusammengefasst.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-60914-6

Das Buch analysiert den Übergang zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem in Europa unter den Aspekten der Flexibilität und des technologischen Fortschritts. Durch die Abdeckung der wichtigsten Energiesektoren - darunter der Industrie-, Haushalts-, Gewerbe- und Transportsektor sowie der Wärme- und Stromsektor - bewertet die Analyse die Flexibilitätsanforderungen in einem sektorübergreifenden Energiesystem mit hohen Anteilen an erneuerbaren Energien. Die beitragenden Autoren - allesamt europäische Energieexperten - wenden Modelle und Methoden aus verschiedenen Forschungsbereichen an, darunter techno-ökonomisches Lernen, grundlegende Energiesystemmodellierung und ökologische und soziale Lebenszyklus- sowie Gesundheitsfolgenabschätzung, um ein innovatives und umfassendes Energiemodellsystem (EMS) zu entwickeln. Darüber hinaus untersuchen die Beiträge die Durchdringung der erneuerbaren Energien und deren Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels sowie die Auswirkungen der verfügbaren Technologien auf das Energiesystem.

Neben einem starken Preisanreiz für CO₂-Emissionszertifikate zeigen die Ergebnisse, dass die folgenden vier Hauptsäulen die Grundlage für eine erfolgreiche klimaneutrale Transformation des Energiesystems in den nächsten Jahrzehnten sind:

• (Signifikanter) Ausbau der erneuerbaren Energien (EE) zur nahezu CO₂-neutralen Stromerzeugung, wie im europäischen Green Deal gefordert wird. Das bedeutet, dass der EE-Ausbau sich um den Faktor 4 bis 6 der heutigen EE-Installationen bis zum Jahr 2050 vervielfachen muss. Die Integration dieser großen Mengen an zusätzlichen erneuerbaren Energiequellen stellt eine Herausforderung dar. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass im dezentralen High-RES-Szenario die Flexibilität auf der Nachfrageseite (z. B. PV-Batteriesysteme, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen usw.) wichtiger ist als im zentralen High-RES-Szenario, wo die Infrastruktur für die Sektorenkopplung sowie die Stromnetze eine entscheidende Rolle spielen. In beiden High-RES-Szenarien sind Back-up-Kapazitäten weiterhin von hoher Relevanz.
• Steigerung der Energieeffizienz zur Senkung des Energieverbrauchs unter Beibehaltung des Energiedienstleistungsniveaus und damit Beitrag zu einem geringeren Energiebedarf in allen Größenordnungen und Sektoren (Industrie, Mobilität, Gebäude etc.).
• Erhöhung der Elektrifizierung durch Sektorenkopplung (Power-to-X-Technologien), um höhere Anteile erneuerbarer Energieträger für die Bereitstellung von Wärme und Mobilitätsdienstleistungen zu nutzen.
• Nutzung von CO₂-neutralem Wasserstoff für Energiedienstleistungen insbesondere in der Industrie und für Energiebedarfe mit hoher Energiedichte.

Aufgrund seines Umfangs richtet sich das Buch an Forscher, die sich mit Energiesystemen und -märkten beschäftigen, an Fachleute und politische Entscheidungsträger der Energiewirtschaft sowie an Leser, die sich für die Transformation zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem in Europa interessieren.

Das REFLEX-Projekt war von 2016-2019 in das EU Horizon 2020 Work Program "Secure, clean and efficient energy" eingebettet und adressierte das Thema LCE-21-2015 "Modelling and analysing the energy system, its transformation and impacts". Dabei trugen neun Partner aus sechs europäischen Ländern mit ihrer Expertise, insbesondere in den Bereichen Energiesystemmodellierung, zur erfolgreichen Projektdurchführung bei: TU Dresden mit dem Lehrstuhl für Energiewirtschaft und dem European Project Center als Koordinatoren, ESA² GmbH - Energy Systems Analysis Associates (Dresden), Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Karlsruhe), Karlsruher Institut für Technologie (Karlsruhe), Royal Institute of Technology (Stockholm), TEP Energy GmbH (Zürich), TRT Trasporti e Territorio (Mailand), University of Science and Technology-AGH (Krakau) und Utrecht University (Utrecht).