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Thermischer Speicher
BMWi
Analyse 1.8.2016

In der Analyse untersuchen die Forscher eine Kopplung des sogenannten TIMES-PanEU- und E2M2s-Modells.
© Universität Stuttgart

Systemanalyse Energiespeicher

Lässt sich Überschussstrom sektorübergreifend und vielseitig nutzen? Die En:Sys-Analyse zeigt, welche Wechselwirkungen es zwischen den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr durch den Einsatz verschiedener Energiespeichertechnologien und Power-to-X es gibt.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Projektlaufzeit November 2012 bis Dezember 2015

Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht eine Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien in Deutschland vor. Hiernach sollen die erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 60 Prozent des Bruttoendenergie- und 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs abdecken. Die Grundvoraussetzung für einen großen Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien sind der Aufbau und die Integration von großen Speicherkapazitäten in das Energieversorgungssystem. Hierfür bedarf es eines optimierten Einsatzes aller Systemelemente, indem Lastmanagement, Netzausbau und der Einsatz geeigneter Speicher an der richtigen Stelle kombiniert werden.

  • Die Abbildung zeigt Modellierung von Speichertechnologien in TIMES-PanEU. © Universität Stuttgart
  • In der Analyse untersuchen die Forscher eine Kopplung des sogenannten TIMES-PanEU- und E2M2s-Modells. © Universität Stuttgart

Das Projekt zielt damit auf eine integrierte Analyse des Beitrages von Speichertechnologien in Deutschland innerhalb eines konsistenten Modellrahmens ab, in dem alle großen Handlungsfelder (Strom, Wärme, Verkehr - Energieeffizienz, Erneuerbare Energien) gleichermaßen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht es, Synergien, Wechselwirkungen und Nutzungskonkurrenzen zwischen den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr abzubilden. Darüber hinaus können weitere Entwicklungstrends in der Energieversorgung sowie die Einbettung in den europäischen Energie- und Emissionszertifikatmarkt miteinbezogen werden, so dass insbesondere Wechselwirkungen zwischen Strategien und Energieeinsparung und zur Steigerung der Energieeffizienz mit dem notwendigen Beitrag der Speichertechnologien und des Netzausbaus bei Berücksichtigung der Potenziale des Lastmanagements betrachtet werden können.

Systemanalytischer Ansatz

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der systemanalytischen Bewertung von Energiespeichertechnologien in Deutschland aus energiewirtschaftlicher Perspektive. Dazu wird systemanalytisch mittels der Modelle TIMES-PanEU und E2M2s untersucht, in welcher Konfiguration Energiespeicher und verschiebbare Lasten die Integration erneuerbarer Energien in einem zukünftigen europäischen Versorgungssystem zu den niedrigsten Kosten unterstützen können. Hierbei werden alle großen Handlungsfelder (Strom, Wärme und Verkehr) gleichermaßen berücksichtigt. Durch die Betrachtung aller Sektoren können bei der Ermittlung der optimalen Konfiguration von Speicher- und Power-to-X-Technologien auch die Wechselwirkungen zwischen der Energiebereitstellung und -nachfrage (z. B. die Wechselwirkungen zwischen Strom- und Wärmebereitstellung durch den Einsatz von Power-to-Heat) berücksichtigt werden. Die Modellkopplung zwischen dem europäischen Energiesystemmodell TIMES-PanEU (integrale Optimierung aller Sektoren über 40 Jahre) und dem europäischen Elektrizitätssystemmodell E2M2s (hohe regionale und zeitlichen Auflösung) ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung von Energiespeichertechnologien und ihrer Wechselwirkungen.

Energiewirtschaftliche Perspektive

Forschungsgegenstand ist die systemanalytische Bewertung von Energiespeichertechnologien in Deutschland aus energiewirtschaftlicher Perspektive. Dazu wird systemanalytisch untersucht, in welcher Konfiguration Energiespeicher und verschiebbare Lasten die Integration erneuerbarer Energien in einem zukünftigen europäischen Versorgungssystem zu den niedrigsten Kosten unterstützen können. Die integrierte Betrachtung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr ermöglicht die Darstellung bereichsübergreifender Wechselwirkungen, u. a. durch den Einsatz von Power-to-X.

Projektstatus

Das Vorhaben wurde in folgende vier Arbeitspakete gegliedert:

1. Datenbasis:
Im Projektverbund wurde die Absprache vorgenommen, dass die beteiligten Institute sich bei einzelnen Feldern in die Erarbeitung der Datenbasis für die Systemanalysen einbringen sollten. Hierbei ist das IER hauptverantwortlich für die Felder Basisszenarien, Thermische Speicher, Wasserstoffspeicher sowie Großwärmepumpen. Darüber hinaus erfolgt eine Zuarbeit in den Feldern Netzausbau, Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicherkraftwerke sowie Lastmanagement.

2. Modellerweiterungen:
Im Zentrum steht die Weiterentwicklung der Modelle TIMES-PanEU und ESPT (E2M2s) im Verbund als Modellinstrumentarium durch eine differenzierte Darstellung von Speichertechnologien sowie die Abbildung verschiebbarer Lasten und des Netzausbaus zwischen und innerhalb der einzelnen europäischen Länder. Das europäische Energiesystemmodell TIMES-PanEU ist ein lineares Optimierungsmodell, welches das Energiesystem der Staaten der EU-28 sowie von Norwegen und der Schweiz hinsichtlich seiner Gesamtsystemkosten integral optimiert. Hierbei werden die Sektoren Haushalte, GHD, Landwirtschaft, Verkehr und Industrie detailliert abgebildet. Im Rahmen des Projektes war es zunächst erforderlich, die zeitliche Auflösung für die Modellregion Deutschland zu erhöhen, da für die Speicherbetrachtung eine kontinuierliche zeitliche Auflösung notwendig ist. Die Darstellung der Energiespeichertechnologien ist aktueller Status des Projektes. Das europäische Elektrizitätsmarktmodell E2M2s bildet den deutschen Kraftwerkspark anlagen- und blockscharf mit regionaler Zuordnung ab und fasst alle sonstigen Erzeugungstechnologien auch im europäischen Ausland zu repräsentativen Kraftwerksklassen je Region zusammen.  Im Rahmen des Projekts war auch hier zunächst eine Erhöhung der zeitlichen Auflösung bei gleichbleibend hoher regionaler Auflösung erforderlich. Die Modellkopplung zwischen TIMES-PanEU und E2M2s ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung von Energiespeichertechnologien und ihrer Wechselwirkungen. Dies soll im weiteren Projektverlauf aufgezeigt werden.

3. Szenario-Rechnungen (bis Anfang 2015):
Ein weiteres wichtiges Element der Vorgehensweise in der Systemanalyse ist die Formulierung von Szenarien, da die Rolle von Technologien und Technologiefeldern nur im Zusammenhang mit energiepolitischen Zielen (wie Klimaschutzvorgaben) und externen Entwicklungen (wie Primärenergiepreisentwicklungen) eingeordnet werden kann. Hierfür werden, auch für die Nutzung im thematischen Verbund, mehrere Basisszenarien entwickelt, die eine mögliche Bandbreite an Entwicklungen wiedergeben, ohne allerdings Aussagen über deren Eintrittswahrscheinlichkeiten zu treffen. Mit den Szenario-Rechnungen wird das Einsatzpotenzial von Speichern und Lastmanagement unter Berücksichtigung des Netzausbaus in Abhängigkeit vom Anteil des Versorgungsbeitrages aus fluktuierenden erneuerbaren Energien innerhalb der unterschiedlichen Szenario-Welten quantifiziert. Zudem werden Robustheitstests durchgeführt, die aufzeigen, wie stark das optimale Versorgungssystem von der Verfügbarkeit bzw. Nicht-Verfügbarkeit einer Speichertechnologie sowie anderer Inputparameter (z. B. Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien) abhängt.

4. Kommunikation (fortlaufend):
Das IER nimmt an den regelmäßigen Treffen des Projektverbundes "Energiespeicher" teil, wobei sowohl die eigenen Arbeiten als auch die Arbeiten der Projektpartner präsentiert und zur Diskussion gestellt werden. Die abgeleiteten Resultate des Forschungsvorhabens werden abschließend dem Zuwendungsgeber für die politische Diskussion zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse sollen ferner auf nationalen und internationalen Fachtagungen veröffentlicht und damit einer wissenschaftlichen Diskussion zugeführt werden. Außerdem ist vorgesehen, mit Artikeln in einschlägigen und anerkannten Zeitschriften der Energiewirtschaft und -politik ein breites Publikum zu erreichen. Dies geschieht nach Absprache und in Übereinkunft mit dem Zuwendungsgeber. Sämtliche Projektergebnisse werden in einem Abschlussbericht niedergeschrieben.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

29. November 2017
RENEXPO® PV & StromSpeicher

5. Dezember 2017
Intersolar India

24. Januar 2018
6. Batterieforum Deutschland

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Dr. Ulrich Fahl
    Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.