EffiziEntEE - Effiziente Einbindung hoher Anteile Erneuerbarer Energien in technisch-wirtschaftlich integrierte Energiesysteme

Die zukünftige Energieerzeugung wird durch einen deutlich höheren Anteil an erneuerbaren Energien mit schwankenden und unsicheren Eigenschaften auf unterschiedlichen Zeitskalen gekennzeichnet sein. Darüber hinaus werden die Volatilität und Unsicherheit auf der Nachfrageseite in Anbetracht der wesentlich höheren Durchdringung dezentraler elektrischer Verbraucher, wie beispielsweise elektrisch betriebener Heizsysteme und Elektrofahrzeuge, zunehmen. In einem solchen Szenario besteht die Notwendigkeit, Technologien und Lösungen stärker zu integrieren, die dazu beitragen können, Pufferkapazitäten zu schaffen, um Schwankungen in Stromnachfrage und -angebot auszugleichen. Die Kopplung der Energiesektoren (d. h. Gas, Wärme und Elektrizität) bietet Möglichkeiten, überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen aufzunehmen, zu speichern und in Zeiten hoher Nachfrage sowie hoher Preise eine Reserveversorgung bereitzustellen und somit als zusätzliche Quelle für Flexibilität und Sicherheit in Energiesystemen zu dienen.

Dies erfordert jedoch das Vorhandensein der dafür notwendigen Steuerungs- und Optimierungslösungen sowie geeigneter Geschäftsmodelle. Neue Lösungen erfordern auch neue Marktregularien zur Partizipation dieser dezentralen Anwendungen (z.B. Erneuerbare Erzeugungsanlagen und verteilte Verbraucher) an den Märkten, die z. B. Engpassmanagement nach wettbewerblichen Prinzipien ermöglichen. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Sektorenkopplungslösungen und -strategien entweder die Belastung der Energiesysteme erhöhen oder zu einer ineffizienten Leistungsbereitstellung führen. Ein Beispiel für eine solche Belastung ergibt sich, wenn Elektrofahrzeuge oder Batteriespeicher in Spitzenverbrauchszeiten gleichzeitig geladen werden oder elektrische Wärmepumpen und Elektrodenkessel zur falschen Zeit mit voller Leistung laufen, ausgelöst z. B. durch nicht effiziente Marktanreize oder technische Faktoren. Darüber hinaus kann auch die effiziente Leistungsbereitstellung eine entscheidende Herausforderung darstellen. Einerseits kann z. B. der Einsatz von Power-to-Gas-Technologien in Zeiten von Stromüberschüssen die Notwendigkeit der Drosselung von erneuerbaren Energien oder neuer Netzinfrastrukturinvestitionen reduzieren. Andererseits ist die Power-to-Gas-Umwandlung zur kurzfristigen Speicherung nicht ausreichend energieeffizient und teurer. Darüber hinaus sind einige Sektorenkopplungstechnologien weder wirtschaftlich noch wettbewerbsfähig gegenüber konventionellen Technologien. Außerdem kann ein ungeeignetes Marktdesign die Beteiligung von Sektorenkopplungstechnologien einschränken und sich negativ auf deren Wirtschaftlichkeit auswirken.

Um das volle Potenzial der Sektorenkopplung in verschiedenen Anwendungen nutzbar zu machen, insbesondere um die damit verbundenen Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, ist es notwendig, die oben genannten Herausforderungen ganzheitlich zu analysieren und Lösungsansätze aufzuzeigen. Eine ganzheitliche Methodik bewertet sowohl die technischen als auch die wirtschaftlichen Aspekte des sektorengekoppelten Energiesystems, und durch die Berücksichtigung der Nachhaltigkeit auch die gesellschaftlichen bzw. gesellschaftsrelevanten Auswirkungen. In diesem Verbundvorhaben wird der bestehende ganzheitliche Modellierungsrahmen, der in den vorangegangenen BMWI-geförderten Projekten TransiEnt.EE und ResiliEntEE zur Untersuchung der technischen Herausforderungen (d.h. Systemdynamik und -stabilität) entwickelt wurde, weiterentwickelt, um Markt- und Betriebsoptimierungsaspekte sowie physikalische Modelle leistungselektronisch gekoppelter Anlagen einzubeziehen.

Laufzeit: 2022 - 2025

Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Partner: TU Hamburg, TU Dresden

Projetbearbeitung: Dominik Möst, Hannes Hobbie, Martin Lieberwirth, Jannis Eichenberg

Ansprechpartner: Hannes Hobbie