Forschungsverbund "Sektorkopplung und Microgrids (STROM)" – Teilprojekt 2: Potentialbestimmung und Modellintegration

Der Forschungsverbund "Sekorkopplung und Microgrids (STROM)"

Der Forschungsverbund „Energie – Sektorkopplung und Micro-Grids“, kurz „STROM“, entwickelt technische, organisatorische, planerische und regulatorische Lösungen, um den Umbau des Energiesystems schnell voranzutreiben. Die Integration von Strom in die Sektoren Wärme und Mobilität ist eine notwendige Voraussetzung, um den Anteil der erneuerbaren Energien in diesen Sektoren deutlich zu steigern. Auch können diese Sektoren erneuerbare Energien, u. a. aus intermittierenden Quellen, besser speichern. Die intelligente Steuerung aller Betriebsmittel soll dabei einen kostspieligen Netzausbau weitestgehend vermeiden und bestehende Infrastruktur optimal nutzen. Sanierung von Gebäuden und Einsatz neuer Heiztechnologien müssen zusammen geplant und umgesetzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen daraufhin in Methoden zur integrierten Planung von Strom- und Wärmeversorgungsstrukturen fließen. Der interdisziplinäre Forschungsverbund vereinigt dabei Expertise aus Mathematik, Ingenieurwissenschaften und Informatik, um so Ansätze aus der KI-Forschung als Querschnittsthema in einzelne Technologieentwicklungen einzubringen. Das CoSESTechnikum der Munich School of Engineering, eine zentrale Forschungsplattform für die Erforschung zukünftiger Energiesysteme, ermöglicht es, Technologien zu testen und zu präqualifizieren. Die wissenschaftliche Bearbeitung beschränkt sich nicht nur auf Powerto-heat-Technologien, Energie-Management-Systeme und Planungstools, sondern betrachtet auch regulatorische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Das Projekt verbindet Forscherinnen und Forscher der Hochschule Ansbach, der TH Ingolstadt, der Hochschule München, der TU München und der OTH Regensburg sowie 26 Unternehmen aus der Energiebranche. Diese Verbindung ist eine notwenige Voraussetzung, um die Energiewende anwendungsnah und praxisorientiert anzugehen.

Das Teilprojekt 2: Potentialbestimmung und Modellintegration

In dem vom Lehrstuhl ENS geleiteten Teilprojekt 2 "Potentialbestimmung und Modellintegration" sollen die Ergebnisse der „zentralen“ und „dezentralen“ Teilprojekte aufgegriffen werden und Optimierungsmodelle der verschiedenen Ebenen auf einer zentralen Plattform zusammengeführt werden, um so das aktuell vorhandene und das zukünftige Potential einer integrierten Energieversorgung bestimmen zu können. Auch soll eine Charakterisierung von Wärmeversorgungsgebieten für Bayern sowie ausgewählte Städte vorgenommen werden. Interaktionen mit Nachbarländern werden mit einem übergeordneten Modellierungsansatz integriert, wofür mathematische Ansätze zur Modellkopplung eingesetzt werden sollen.

Das Teilprojekt 2 kann aus zwei Blickwinkeln betrachtet werden:

• unter der stetigen Veränderung des Stromnetzes und hier insbesondere die Herausforderung an ein intelligentes Zusammenspiel aus Übertragungsnetz und Verteilnetz bei der ständigen Zunahme von erneuerbaren Erzeugern auf alle Netzebenen und einer Zunahme des Anteils von Strom an der Endenergie mit neuen Aufgaben im Bereich der Mobilität und des Heizens
• einer Wärmewende und der Bereitstellung neuer Technologien, um langfristig den Wärmesektor nachhaltig zu gestalten. Hier muss eine neue Balance aus Reduktion der Wärmenachfrage und aus neuen Erzeugungstechnologien gefunden werden. Dabei müssen aber die verfügbaren Ressourcen bilanziert und optimal verteilt werden.

Die Erfüllung der Aufgaben erfordert zuerst eine genaue Bestimmung der erneuerbaren Erzeugungspotentiale in Bayern einschließlich der Biomasse, des Gebäudebestandes und der Sanierungsmöglichkeiten und der Stromnetze und der Verbindung von Übertragungs- und Verteilnetz.
Erstes Ziel der Untersuchung ist die Schaffung einer bayernweiten Wärmekarte. Die Karte identifiziert Vorzugsgebiete für verschiedene Wärmeerzeugungstechnologien. Ein erstes Beispiel sind die Arbeiten zum Masterplan „Geothermie“, die zeigen, wieviel und wo Wärme aus Tiefengeothermie genutzt werden könnte. In ähnlicher Weise wird dies auf andere Technologien ausgeweitet. Dabei ist klar, dass in vielen Bereichen verschiedene Technologien parallel zum Einsatz kommen können. Insbesondere wird die Karte nicht statisch eine einzige Entwicklung abbilden, sondern z.B. in Abhängigkeit von der Zunahme an elektrischer Energie im Wärmesektor verschiedene Entwicklungen wiedergeben.
Das zweite Ziel ist die Entwicklung eines Werkzeuges zur optimalen Entwicklung der Strom- und Wärmeversorgung in Regionen wie Stadt- oder Ortsteilen in Zusammenspiel mit der gesamtbayerischen Entwicklung und unter Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten und Potentiale. Mit Hilfe einer wirtschaftlichen Optimierung werden die besten Versorgungskonzepte bestimmt.
Das dritte Ziel ist die Entwicklung einer Modellkopplung, die ausgehend von einem gesamteuropäischen Strommodell und einem bayerischen Energiemodell an lokale Modelle für Städte, Stadtteile oder auch nur Straßenzüge gekoppelt wird. Dabei besteht die zentrale Aufgabe der Kopplung darin, immer eine konsistente Lösung zu präsentieren.