Forschungsprojekt ENERA

Das Institut für Vernetzte Energiesysteme arbeitete im Verbundvorhaben ENERA in zwei Themenkomplexen: Die Abteilung Energiesystemtechnologie widmete sich dem Thema „Technische Flexibilisierung von Erzeugern, Verbrauchern und Speichern“. Das Team analysierte und bewertete das Potenzial einer flexiblen Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Energie. Zudem ging es um die Entwicklung von zukünftigen Betriebsstrategien des Netzes unter dem Einsatz realer Flexibilitäten.

Ziel der Arbeit ist es, auf der Grundlage von bereits existierenden und zukünftigen Daten aus den energieproduzierenden Anlagen ein Simulationsmodell für die Energiewirtschaft zu entwickeln. Im ersten Schritt wurde abgebildet, wie flexibel die Stromerzeugung in Windkraft-, Photovoltaik- und Biogasanlagen ist. Bei der Untersuchung mussten sowohl anlagengebundene als auch umgebungsgebundene Variablen berücksichtigt werden. Die dezentrale Erzeugung von Windenergie aus On- und Offshore-Windparks beispielsweise unterliegt wetterbedingten Schwankungen: Während diese Anlagen vornehmlich zu windstarken Zeiten Strom produzieren, könnten Windflauten mit Hilfe von Speichermöglichkeiten ausgeglichen werden. Im zweiten Schritt wurde ein flexibles Energiesystem simuliert. Für die Simulation eines solchen Modells, in dem Erzeugung und Verbrauch schwanken, ist nicht nur die Kenntnis der technischen Merkmale der Anlagen erforderlich, sondern auch eine umfangreiche Betrachtung der Umgebungseinflüsse.

Die Abteilung Energiesystemanalyse bearbeitet das Teilprojekt  „ENERA übertragen und international verankern“. Hier bewertete das Team zum einen die regionsspezifischen Flexibilisierungspotenziale, zum anderen widmete es sich der Frage, inwiefern sich das Konzept der ENERA-Modellregion auf eine internationale Ebene übertragen lässt. Ziel war es, die Daten verschiedener Anlagen in einem Simulationsmodell zu kombinieren. Mit Hilfe dieses Modells sollten die regionsspezifischen Flexibilisierungspotenziale quantifiziert und deren wirtschaftliches Potenzial abgeschätzt werden, um so zuverlässige Prognosen für den Ausbau der regionalen Netzgebiete zu ermöglichen. Darüber hinaus wurden die Szenarien hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit von nationaler auf überregionale Ebene objektiv und umfassend bewertet. Geeignete Lösungen aus der Modellregion können somit als Vorbild für eine breite Umsetzung in ganz Deutschland und anderen europäischen Ländern dienen.

Viele Bürger vor Ort gestalten schon heute die Energiewende aktiv mit, zum Beispiel durch die Installation von Photovoltaik- und Biogasanlagen sowie durch die Beteiligung an Windparks. Das primäre Ziel des Teilvorhabens ist es, die real existierende Flexibilität der energieerzeugenden Anlagen abzubilden. Dazu werden elektrische Charakteristika der Anlagen und die Randbedingungen zur Energiegewinnung erfasst und anschließend in Modelle übertragen.
Die Komplexität dieser Bewertung ergibt sich aus der Kombination von umgebungsgebundenen und  anlagengebundenen Variablen. Windkraftanlagen in On- und Offshore- Windparks, die in windstarken Zeiten viel Energie erzeugen, können auch bei Windflauten mittels Pufferspeicher auf die wetterbedingten Schwankungen reagieren. Wärmepumpen hingegen können für das Konzept zur Energiegewinnung nur berücksichtigt werden, wenn auch von Seiten der Verbraucher eine gewisse Nachfrage besteht. Der Betrieb einer Power-to-Gas-Anlage ist ebenfalls an verschiedene Faktoren gekoppelt, zum Beispiel an die Menge des zur Verfügung stehenden CO₂ aus der lokalen Kläranlage. Um die Flexibilität dieser Anlage zu simulieren, müssen neben diesen umgebungsgebundenen Variablen auch die anlagengebundenen technischen Merkmale in Betracht gezogen werden.

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