Im Rahmen dieser Arbeit wird, bei einer 100% regenerativen Stromversorgung der
Modellregion Landkreis Harz, eine energiewirtschaftliche Potenzialanalyse für Stromspeicher
sowie für den Einsatz von flexiblen Energieanlagen durchgeführt. Hierbei
wird, aufbauend auf definierten Szenarien und erweiterten Annahmen, die Wechselwirkung
mit der thermischen Energieversorgung näher analysiert. Für diese Analyse
werden Wärme- und Kühllastprofile eingesetzt, die dazu dienen, den Einfluss von Erzeugungs-
und Lastverlagerung (Energiemanagement) auf den Stromspeicherbedarf
zu quantifizieren. Das Energiemanagement wird hierbei durch die flexible Betriebsweise
von KWK-Anlagen und elektrischen Wärmepumpen/Kältemaschinen simuliert, so
dass der Stromspeicherbedarf durch die Simulation des Verlaufs der stündlichen Residuallast
mit und ohne Energiemanagement ermittelt wird. Die Simulationsergebnisse
zeigen, dass sich die erforderliche Strommenge aus Stromspeichern durch den Einsatz
von Energiemanagement um ca. 60% reduzieren lässt.
Abstract
Within this study an energy economical potential analysis for energy storage and flexible
energy units will be conducted for a 100% renewable electricity supply of the model
region Harz. Based on defined scenarios and extended assumptions, the interaction
with the thermal energy supply will be analyzed closer. For this analysis, heating and
cooling load profiles are used to quantify the influence of generation and load shifting
(energy management) concerning to the energy storage demand. The energy management
is simulated by the flexible operation of CHP plants and electric heat pump /
chiller, so that the energy storage demand is calculated by the simulation of the regime
of the hourly residual load with and without energy management. The simulations
show that the implementation of energy management can reduce the required amount
of electricity from energy storages up to 60%.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Leitgedanke einer 100% regenerativen Stromversorgung
1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit
2 Rahmenbedingungen für die Potentialanalyse
2.1 Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen für Stromspeicher
2.1.1 Einsatzgebiet von Stromspeichern
2.1.2 Elektrochemische Stromspeicher
2.1.3 Flexible Energieanlagen als „Virtuelle Stromspeicher"
2.2 Projektspezifische Rahmenbedingungen
2.2.1 Kurzporträt RegModHarz
2.2.2 Annahmen für das Leitszenario 3
3 Simulationen zur Ermittlung des Stromspeicherbedarfs
3.1 Simulation in energyPRO
3.1.1 Modellierung der Simulationsumgebung
3.1.2 Optimierung in energyPRO
3.2 Speicherbedarfsanalyse
3.2.1 Methodik der Speicherbedarfsanalyse
3.2.2 Einfluss von Energiemanagement
3.2.3 Vergleich zwischen leistungs- und energieautarker Versorgung
4 Fazit und Ausblick
4.1 Folgerungen aus den Simulationen
4.2 Anreiz für den Ausbau von Flexibilisierungsoptionen
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, eine energiewirtschaftliche Potenzialanalyse für Stromspeicher und den Einsatz flexibler Energieanlagen in der Modellregion Landkreis Harz durchzuführen, um die Voraussetzungen für eine 100% regenerative Stromversorgung zu evaluieren. Im Zentrum steht dabei die Forschungsfrage, wie durch gezieltes Energiemanagement und den Einsatz von thermischen Speichern der Bedarf an elektrischen Stromspeichern zur Verstetigung der fluktuierenden regenerativen Einspeisung quantitativ reduziert werden kann.
- Energiewirtschaftliche Analyse von Speichertechnologien und deren Einsatzgebieten
- Modellierung und Simulation von komplexen Energiesystemen mittels der Software energyPRO
- Untersuchung des Einflusses von Erzeugungs- und Lastmanagement auf den Stromspeicherbedarf
- Vergleich zwischen leistungsautarker und energieautarker Versorgungsszenarien
- Bewertung von Flexibilisierungsoptionen für zukünftige regenerative Stromversorgungssysteme
Auszug aus dem Buch
Einsatzgebiet von Stromspeichern
Die direkte Speicherung von elektrischer Energie ist nur begrenzt möglich und erfolgt grundsätzlich durch die Umwandlung in eine andere Energieform. Hierbei kann die elektrische Energie mechanisch, elektrochemisch oder „virtuell“ in Form von thermischer Energie gespeichert werden. Nur für Anwendungen mit schnellen Entladezeiten, wie es z.B. zur Sicherstellung der Qualität des Stromes erforderlich ist, ist die direkte Speicherung in elektrostatischer (Kondensatoren) und elektrodynamischer (Spulen) Form möglich. In Abbildung 2-1 werden die verschiedenen Technologien bzw. Formen der Stromspeicherung zusammengefasst.
Auch wenn die verschiedenen Formen der Stromspeicherung auf unterschiedlichen Prinzipien basieren, können sie über die gleichen Parameter beschrieben werden, weil jede Speicherform neben der Speicherkapazität auch eine Ein- und Ausspeicherleistung besitzt. Weiterhin gelten für alle Formen der Stromspeicherung die gleichen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Eine der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen bzw. Anforderungen für alle Speichertechnologien ist die Wirtschaftlichkeit, die von den spezifischen Investitionskosten und insbesondere von der erreichbaren Lebensdauer beeinflusst wird. Neben der Wirtschaftlichkeit stellen die Umweltverträglichkeit, die Sicherheit und die energetische Qualität wichtige Anforderungen an Stromspeicher dar. Die Gewichtung der Anforderungen hängt von dem jeweiligen Einsatzbereich ab und eine Optimierung zugunsten einer bestimmten Anforderung führt in der Regel zu einer Verschlechterung einer anderen Anforderung. So führt zum Beispiel eine Optimierung hinsichtlich der Leistungsdichte zu einer Verschlechterung der Energiedichte.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Notwendigkeit einer Transformation hin zu einer 100% regenerativen Stromversorgung ein und erläutert die Rolle von Speichern, Energiemanagement und Transport als zentrale Flexibilisierungsoptionen.
2 Rahmenbedingungen für die Potentialanalyse: In diesem Kapitel werden die energiewirtschaftlichen und projektspezifischen Grundlagen für die Untersuchung dargelegt, einschließlich der Technologien für Strom- und Wärmespeicherung sowie der klimatischen und bedarfsspezifischen Annahmen für die Modellregion Harz.
3 Simulationen zur Ermittlung des Stromspeicherbedarfs: Hier wird der Einsatz der Simulationssoftware energyPRO zur Modellierung des virtuellen Kraftwerks und zur Analyse des Speicherbedarfs unter verschiedenen Szenarien detailliert beschrieben und ausgewertet.
4 Fazit und Ausblick: Das abschließende Kapitel fasst die wesentlichen Ergebnisse der Simulationen zusammen und diskutiert die notwendigen Anreize für einen zukünftigen Ausbau der untersuchten Flexibilisierungsoptionen.
Schlüsselwörter
Regenerative Stromversorgung, Stromspeicher, Energiemanagement, Modellregion Harz, Simulation, energyPRO, Lastmanagement, Kraft-Wärme-Kopplung, Power-to-Gas, Residuallast, Flexibilisierung, Netzausgleich, Speicherkapazität, Versorgungssicherheit, Erzeugungsmanagement.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie eine 100% regenerative Stromversorgung in der Modellregion Landkreis Harz technisch und energiewirtschaftlich realisiert werden kann, wobei der Fokus auf der Nutzung von Speichern und Energiemanagement liegt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Studie?
Die zentralen Themen sind die Integration fluktuierender Energien, der Einsatz von Stromspeichern, die Anwendung von Energiemanagement in Wärme- und Kältesystemen sowie die überregionale Vernetzung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist die energiewirtschaftliche Potenzialanalyse zur Minimierung des Stromspeicherbedarfs durch den gezielten Einsatz von flexiblen Erzeugern und Lasten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine modellbasierte Analyse und Simulation des Energiesystems unter Verwendung der Software energyPRO durchgeführt, basierend auf Zeitreihen für Last, Erzeugung und meteorologische Daten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Modellierung der Rahmenbedingungen, die Durchführung der Simulationen zur Ermittlung des Speicherbedarfs sowie die detaillierte Analyse der Auswirkungen von Energiemanagement auf das Last- und Erzeugungsprofil.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Power-to-Gas, Residuallast, Virtuelles Kraftwerk, KWK-Anlagen, Lastmanagement und die Unterscheidung zwischen leistungs- und energieautarker Versorgung.
Welche Rolle spielt die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)?
KWK-Anlagen fungieren als flexible Erzeuger, die durch eine Kopplung von Strom- und Wärmesektor die Verstetigung der regenerativen Einspeisung unterstützen.
Warum wird Power-to-Gas als Speicheroption in Betracht gezogen?
Power-to-Gas wird genutzt, um überschüssige regenerative Energie in Form von Methan zu speichern und dabei bestehende Erdgasinfrastrukturen für eine hohe Kapazität und Energiedichte zu verwenden.
Welche Auswirkungen hat das Energiemanagement auf den Speicherbedarf?
Die Simulationen zeigen, dass der Einsatz von Energiemanagement den erforderlichen Stromspeicherbedarf signifikant, um bis zu 60%, reduzieren kann.
- Quote paper
- Guluma Megersa (Author), 2012, Simulation und energiewirtschaftliche Potenzialanalyse für Stromspeicher sowie für den Einsatz von flexiblen Energieanlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/211692
