Forschung: Baukasten für integrierte Energiesysteme

Stromnetze stabilisieren, eine Abregelung Erneuerbarer-Energien-Anlagen vermeiden und die Dekarbonisierung vorantreiben – all das soll durch die Sektorenkopplung erreicht werden. Das Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT arbeiten gemeinsam an Modellen zur Entwicklung spezifischer Strategien für den Erfolg des Konzepts.

Kopplungstechnologien im Strom-Gas-Wärme-System mit integriertem Informations- und Kommunikationstechnologienetz. © Fraunhofer UMSICHT
Kopplungstechnologien im Strom-Gas-Wärme-System mit integriertem Informations- und Kommunikationstechnologienetz. © Fraunhofer UMSICHT

Für die praktische Umsetzung der Sektorenkopplung gibt es kein Standardrezept. Im Gegenteil: Jede Region braucht eine eigene Lösung – abhängig von Faktoren wie geografischem Kontext, Netzinfrastrukturen und Verbraucherzusammensetzung sowie Interaktion mit benachbarten Gebieten. Modelle zur Entwicklung von spezifischen Strategien für eine erfolgreiche Sektorenkopplung entstehen im Projekt »IntegraNet II«.

Auzsgangsbasis für die Arbeit der Projektpartner sind Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt »IntegraNet«. Dabei wurden lokale wie nationale Möglichkeiten und Potenziale der Sektorenkopplung untersucht und Modelle zur Abbildung netzintegrierender strom-, gas- und wärmebasierter Ausgleichtechnologien erstellt. Wichtigste Erkenntnis: Eine vergleichende Bewertung von Sektorenkopplungstechnologien ist aufgrund der Vielzahl an Kontexten, in denen sie zum Einsatz kommen können, bislang nicht möglich. Der Grund: Bisherige Betrachtungen konzentrieren sich häufig nur auf einzelne Ebenen (Netzperspektive) oder separate Regionen. Das möchten die Forschenden nun ändern und bestehende Modelle erweitern.

Der Fokus liegt dabei auf verschiedenen Aspekten, zum Beispiel der Modellierung von Informations- und Kommunikationstechnologien für das optimale Zusammenspiel sämtlicher Akteure in den gekoppelten Energiesystemen oder vorgelagerten Verteil- und Transportnetzen. Darüber hinaus sollen bisherige Modellierungen erweitert werden. Die Annahme der Forschenden: Regionen unterscheiden sich im zeitlichen Verlauf der Über- und Unterdeckung mit erneuerbarer Energie. Es gibt dicht besiedelte städtisch/industriell geprägte Gebiete mit ganzjährigem Energiebezug, Regionen mit sehr geringen Bedarfsdichten und steigendem Anteil erneuerbarer Einspeisung sowie Gebiete, die sowohl saisonal als auch über den Tag hinweg zwischen Bezug und Überproduktion wechseln. Sie stehen in Wechselwirkung miteinander und sollen sich – soweit möglich – gegenseitig ausgleichen und unterstützen.

Am Ende des Projektes sollen neue bzw. erweiterte Modelle stehen, mit deren Hilfe Strategien der Sektorenkopplung aus regionaler und infrastruktureller Perspektive simuliert werden können. Auf diese Weise soll eine systematische Übersicht über die Möglichkeiten der Sektorenkopplung in Abhängigkeit der Anwendungszwecke und Orte und insbesondere auch der Wechselwirkungen zwischen diesen Rahmenbedingungen entstehen. Die entwickelten Modelle bauen auf der TransiEnt-Library auf. Dahinter verbirgt sich eine in der Modelliersprache Modelica implementierte Bibliothek zur Simulation von gekoppelten Energienetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien. Sie kann kostenfrei und quelloffen genutzt werden. Die IntegraNet-Modelle ergänzen die bisher verfügbaren Modelle und werden nach Projektende veröffentlicht.

FÖRDERHINWEIS
Das Projekt »IntegraNet II – Integrierte Betrachtung von Strom-, Gas- und Wärmesystemen« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Es läuft bis November 2022.

 

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