/  1.1.2019  -  31.12.2021

MEO

Modellexperimente in der operativen Energiesystemanalyse

Partner
Helmut-Schmidt-Universität, Universität Duisburg-Essen, Universität Kassel, Bergische Universität Wuppertal, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., Gas- und Wärme-Institut Essen e.V., Hochschule Offenburg, OFFIS e.V.
Förderung BMWi
Laufzeit 01/19 - 12/21
Bearbeitende Tanja Kneiske (Projektleitung), Simon Ruben Drauz

 

Das Projekt MEO ist eines der sechs vom BMWi geförderten Modellexperimente (MODEX) (https://www.energieforschung.de/forschung-und-innovation/systemanalyse/modex) aus dem Bereich der Energiesystemanalyse. Kernthema ist der Vergleich verschiedener Modellentwicklungen aus der Energiesystemanalyse. Hierbei ist das Fraunhofer IEE mit der Test- und Simulationsumgebung OpSim vertreten.

In der Energiesystemanalyse werden Fragen hinsichtlich der Ausgestaltung unseres Energiesystems untersucht. Ein prominentes Beispiel hierfür ist die Ermittlung von kostenoptimalen Ausbaupfaden zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Die gefundenen Antworten bilden in der Energiepolitik eine wichtige Grundlage für die Erarbeitung regulatorischer Maßnahmen. Aufgrund der damit verbundenen langfristigen Auswirkungen auf das gesamte Energiesystem und der bereits weiten verbreiteten Anwendung wird dieser Forschungszweig als strategische bzw. klassische Energiesystemanalyse bezeichnet.

Aufgrund von Komplexität und Umfang der untersuchten Energiesysteme werden bei der Modellierung jedoch Vereinfachungen vorgenommen, bspw. hinsichtlich der zeitlichen und räumlichen Auflösung von Energieerzeugung und -verbrauch oder der Netzinfrastrukturen. Hierdurch bleibt in der klassischen Energiesystemanalyse teilweise offen, welche operativen Auswirkungen die gefundenen Antworten im realen System haben. Die zur Schließung dieser Lücke benötigten Ansätze werden unter dem Begriff operative Energiesystemanalyse subsumiert. Hierzu zählen beispielsweise Modelle, mit denen der Betrieb von Stromnetzen in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung simuliert werden kann, um zu ermitteln, wie sich bestimmte Erzeugungsstrukturen auf die Spannungsniveaus auswirken. Es ist offensichtlich, dass derartige Modelle als Ausgleich für die höhere Auflösung nur einen geringeren Systemumfang abbilden können. Daher fokussieren die Modelle der operativen Energiesystemanalyse jeweils bestimmte Teilaspekte des Energiesystems, wie zum Beispiel die Modellierung von Betriebsstrategien für virtuelle Kraftwerke oder die Auswirkungen von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen auf (räumlich hoch aufgelöste) Wärme- und Stromnetze.

Dort, wo Modelle der operativen Energiesystemanalyse untereinander Überschneidungen aufweisen, stellt sich zunächst die Frage, ob sie bei gleichgearteten Fragestellungen auch die gleichen Antworten liefern. Dies zu beantworten, ist erstes Ziel des hier beschriebenen Vorhabens. Das zweite Ziel ist es, im Falle von Differenzen zu ermitteln, worin diese begründet liegen.. Die darauf aufbauende Identifikation von individuellen Optimierungspotenzialen und die damit verbundene Annäherung der verschiedenen Modellierungsansätze sowie die eindeutige Abgrenzung der Modelle und deren Anwendungsfeld ist das dritte Ziel. Der letzte Punkt ist v.a. deshalb relevant, da die operative Energiesystemanalyse noch ein recht junger Forschungsbereich ist. Aus diesem Grund besteht noch großer Klärungsbedarf, welches Modell sich für welche Untersuchungen besonders eignet und welches methodische Vorgehen sich dabei empfiehlt.

Nun stellt sich jedoch die Frage, welche sind aus Sicht des operativen Energiesystems die relevanten Anwendungsszenarien? Die Beantwortung dieser Fragestellung ist der erste notwendige Schritt, um die Eignungsermittlung der zu vergleichenden Modelle ableiten zu können. Hierbei wurde sich im Kontext von MEO bewusst dafür entschieden,  dass keine Ausklammerung bestimmter Energieträger erfolgt.  Dies ist mit der zunehmenden Bedeutung der Sektorenkopplung begründet. Die bereits im Vorfeld identifizierten relevanten Szenarien sind im Folgenden aufgeführt, wobei eine konkrete und vollumfängliche Ausarbeitung ebendieser erst in der Anfangsphase des Projekts erfolgt. Es ist anzumerken, dass es sich hierbei um eine vorläufige Auswahl handelt, an der sich im Laufe des Projekts noch Änderungen ergeben können.

- Zubau von Solarstromerzeugungsleistung

- Umstellung auf eine dezentrale Regelung

- Installation eines regelbaren Ortsnetztransformators

- Zunahme der E-Mobilität

- Installation von Elektrolyseuren

- Installation von Wärmepumpen

- Installation von Blockheizkraftwerken

- Veränderungen des Wärmebedarfs

Diese zu untersuchenden Szenarien beschreiben Veränderungen im Energiesystem. Die Szenarien umfassen jeweils eine Systembeschreibung, beispielsweise eine Netztopologie, sowie Erzeugungs- und Verbrauchszeitreihen. Außerdem enthalten sie eine Beschreibung der Veränderungen, die sich in diesem System ereignen, zum Beispiel eine Zunahme der Solarstromerzeugung. Um den Aufwand der Datenerhebung gering zu halten, ist es geplant, dass Szenarien auf gemeinsame Systembeschreibungen zugreifen, wo immer dies möglich und sinnvoll ist. 

Zusammenfassend wird folglich der Benefit aus dem Forschungsvorhaben MEO sein, eine Übersicht darüber zu geben, welche Modelle in der operativen Energieanalyse zur Verfügung stehen und genutzt werden, welche Anwendungsbereiche sich damit abdecken lassen und worin die konkreten Unterschieden zwischen den Modellen bestehen. Identifiziert werden zudem Optimierungspotenziale sowie eindeutige Alleinstellungsmerkmale.