Anwendung von Energiesystemmodellen
Die Gestaltung des Energiesystems der Zukunft und die damit verbundenen Fragestellungen stehen in einem zunehmenden Fokus der Öffentlichkeit. Verschiedene Aspekte müssen dabei bedacht und analysiert werden, wie z.B.:
- die Liberalisierung der Märkte,
- die Knappheit von Ressourcen,
- gewünschte und beschlossene Klimaschutzziele und
- ein daraus resultierender steigender Anteil erneuerbarer Energien und deren Integration in die Energiesysteme vieler Länder.
Da Auswirkungen von Veränderungen nicht im Labormaßstab nachgebildet oder gar in realen Energiesystemen getestet werden können, müssen Analysen mit Hilfe von Energiemodellen durchgeführt werden. Somit wird die Abbildung neuer Technologien und Ordnungsrahmen über lange Zeiträume ermöglicht. Das erlaubt die Untersuchung unterschiedlicher Entwicklungspfade und der zugrunde liegenden Ursache-Wirkungs-Beziehungen.
Abhängig von der zu treffenden Aussage muss das Energiesystem als Optimierungs- oder Simulationsmodell dargestellt werden. Mithilfe eines Optimierungsmodells wird für das gesamte abgebildete System eine Zielfunktion unter Einhaltung entsprechender Rahmenbedingungen optimiert. Für Aussagen über technische Zusammenhänge eignet sich eher ein Optimierungsansatz. In einer Simulation dagegen werden die am System teilnehmenden Parteien mit ihren jeweiligen Einzelinteressen und gegebenenfalls verschiedenen Informationsständen abgebildet. Durch Variation von Rahmenbedingungen kann in einer Simulation die Qualität von Maßnahmen zur Erreichung definierter Ziele untersucht werden.
Am Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme werden derzeit Energiemodelle zu folgenden Themen sowohl angewendet als auch entwickelt:
- Stromsystem
- Kraftwerksausbau und -einsatzplanung
- Netzausbau und Lastflussoptimierung
- Speicherausbau und -einsatz
- Lastmanagement
- Wärmesystem
- Fernwärmeausbau
- Wärmebereitstellung (Konventionell, Stromwärme, KWK)
- Sektorkopplung zwischen Strom, Wärme und Mobilität
Der Betrachtungsraum der genannten Modelle erstreckt sich dabei von einzelnen Gebäuden und Siedlungsstrukturen bis zu länderübergreifenden Gebieten.
Je nach Fragestellung werden unterschiedliche Methoden wie lineare Programmierung, gemischt ganzzahlige lineare Programmierung oder Dekompositionsverfahren angewendet.
Die Ergebnisse sind vielfältig. Sie reichen von unterschiedlichen Ausbauszenarien von Erzeugungsanlagen über Nutzung von Energieträgern und optimalem Ausbau von Strom- und Wärmeversorgungsnetzen bis hin zu Flexibilitätsmaßnahmen in der Nachfrage.
