Environmental & Energy Systems

Energienetze koppeln – Konzept für morgen

Steckbrief

Forscher*innen            Prof. Christian Becker

                                    Prof. Arne Speerforck

                                    Prof. Kathrin Fischer

                                    Prof. Volker Turau

Dauer                           12-2019 – 11-2022

Institute                       Elektrische Energietechnik

                                    Technische Thermodynamik

                                    Quantitative Unternehmensforschung und Wirtschaftsinformatik

                                    Telematik

Dekanate                     Elektrotechnik, Informatik und Mathematik (EIM)

                                    Verfahrenstechnik (V)

                                    Management-Wissenschaften und Tehcnologie (W)

 

 

                                  

Die globalen Klimaziele erfordern eine rasche Dekarbonisierung der Energieerzeugung und eine steigende Integration erneuerbarer Energien. Aber nicht immer weht der Wind oder scheint die Sonne. Für eine sichere Versorgung müssen Strom-, Gas- und Wärmenetz miteinander gekoppelt sein.

Das Energiesystem der Zukunft wird einerseits bestimmt durch die zunehmende Elektrifizierung der Verbrauchssektoren Verkehr, Industrie, Gewerbe und Haushalte. Andererseits verlangen die Volatilität der regenerativen Energieerzeugung und die unterschiedlichen Dynamiken des Energieverbrauchs ein hohes Maß an Flexibilität und damit Energiespeichervermögen des Gesamtsystems. Nur so kann eine resiliente Energieversorgung sichergestellt werden. Sie gelingt, wenn die Systeme und Netze der Energieträger Strom, Gas und Wärme miteinander gekoppelt werden. Und gleichzeitig eine intelligente Vernetzung zur Steuerung der Anlagen, Erzeuger und Verbraucher des Energiesystems stattfindet. Die Idee ist es, die Energie bedarfsabhängig und flexibel zwischen den Energieträgern umzuwandeln, beispielsweise Energie aus der regenerativen Stromproduktion in eine andere Energieform zu bringen, sie in größerem Maße zu speichern und bei Bedarf wieder in elektrischen Strom zurückwandeln.

Netzstabilität sicherstellen

Als Beispiel für solche Kopplungseffekte ist der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen zu nennen, die sowohl in das Wärme- als auch in das Elektrizitätsnetz Energie einspeisen. Gibt es beispielsweise einen hohen Wärmebedarf und gleichzeitig ein großes Angebot an elektrischer Energie, können diese Anlagen nicht heruntergeregelt werden, um die Deckung des Wärmebedarfs zu gewährleisten. Dies kann dazu führen, weniger Strom aus regenerativen Energiequellen wie Offshore-Windparks einzuspeisen, um die Stabilität des elektrischen Energienetzes sicherzustellen. Durch die transiente also vorübergehende Betrachtung wird darüber hinaus die Möglichkeit geschaffen, durch den gezielten Einsatz von Speichertechnologien einen zeitlichen Ausgleich zu schaffen. Mit diesen Überlegungen lässt sich auch die Frage beantworten, welche Art von Speichern, in welcher Größe und an welchem Ort sinnvoll eingesetzt werden.

Erneuerbare verlässlich einbinden
Anhand von verschiedenen Szenarien unter Verwendung des eben beschriebenen Modells wird nach Möglichkeiten gesucht, die Erneuerbaren Energien verlässlich in eine existierende Energieversorgungsstruktur einzubinden. Die abschließende Bewertung der verschiedenen Szenarien erfolgt anhand der CO2-Emissionen pro Jahr, wodurch ein direkter Rückschluss auf die Ziele der Energiewende ermöglicht wird. Die Ergebnisse dieser Forschung tragen zur Sicherung des steigenden Energiebedarfes der Gesellschaft und zu größtmöglicher Umwelt- und Klimaverträglichkeit bei.

Konkrete Projekte mit Beteiligung der TU Hamburg:

TransiEntEE: Transientes Verhalten gekoppelter Energienetze mit hohem Anteil Erneuerbarer Energien, ResiliEntEE: Resilienz gekoppelter Energienetze mit hohem Anteil Erneuerbarer Energien, CyEntEE: Cyber Physical Energy Systems – Sustainability, Resilience and Econimics, gefördert als I³-Lab der TU Hamburg, EffiziEntEE: Effiziente Einbindung hoher Anteile Erneuerbarer Energien in technisch-wirtschaftlich integrierte Energiesysteme, iNeP im NRL: Integrierte Netzplanung der Sektoren Strom, Gas und Wärme im Norddeutschen Reallabor