Um Strategien für die zukünftige Entwicklung des deutschen Energieversorgungssystems zu untersuchen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den vergangenen Jahren zahlreiche optimierende systemanalytische Modelle entwickelt. Technologien für das Wandeln, Speichern, Nutzen und Transportieren von Energie lassen sich in diesen Modellen jedoch immer nur stark verallgemeinert abbilden, um die Größe des mathematischen Problems und die dadurch benötigte Rechenzeit in Grenzen zu halten. Diese Vereinfachungen können sich je nach Modell deutlich unterscheiden und somit große Abweichungen in den Ergebnissen bewirken.

Mehr Verständnis für technisch-strukturelle Flexibilitäten

Durch das Projekt FlexMex will ein Forschungsteam die Zusammenhänge von Modellierungsansätzen und Modellergebnissen bei der Abbildung und Analyse von technisch-strukturellen Flexibilitäten in zukünftigen Stromsystemen besser verstehen. Durch das systematische Vergleichen neun systemanalytischer Modelle innerhalb eines definierten Experiments mit harmonisierten Eingangsdaten will der Forschungsverbund über verschiedene Szenarienrechnungen eine umfassende Datengrundlage für die Ergebnissynthese und -bewertung erzeugen.

Die übergeordneten Ziele sind die systematische Bewertung unterschiedlicher Modellierungsansätze von Energiesystemmodellen und die Quantifizierung von Modellunsicherheiten auf Grundlage von Ensemblerechnungen. Hierfür analysiert das Projektteam zeitlich und räumlich aufgelöst vielversprechende Modellansätze für die zukünftige Stromversorgung in Deutschland.

Der Schwerpunkt liegt auf der Bewertung des Einsatzes verschiedener Lastausgleichsoptionen im Laufe eines Jahres. Diese umfassen den internationalen Stromaustausch, das Nutzen von Strom-zu-Strom-Energiespeichern, regelbare Kraftwerke und Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, das Abregeln fluktuierender erneuerbarer Erzeugung, Lastmanagement sowie das flexible Koppeln zu den Sektoren Wärme und Verkehr.

Der Modellvergleich erfolgt anhand des ermittelten Bedarfs nach verschiedenen Lastausgleichsoptionen sowie der jährlichen Auslastung aller installierten Leistungen im Stromsystem. Darüber hinaus vergleichen die Projektpartner die jährlichen Stromversorgungskosten und die resultierenden Kohlenstoffdioxid (CO₂)-Emissionen.

Einflussfaktoren auf die Modellergebnisse

Im Zentrum des ersten Teils von FlexMex steht die Analyse der Unterschiede in den Ergebnissen von Stromsystemmodellen, die sich bei Verwendung möglichst identischer Eingangsdaten aus den jeweiligen Modellierungsmethoden und Technologieabbildungen ergeben.

Im zweiten Teil des Experiments werden die Modelle – ebenfalls unter Verwendung identischer Eingangsdaten – in ihrem vollen Technologieumfang eingesetzt. Durch Ensemblerechnungen will das Team anschließend die sich aus der Modellwahl ergebenden Unsicherheiten bei der Szenariobewertung umfassend untersuchen. In beiden Teilen bewertet das Forscherteam, wie sich  die Modelleigenschaften auf die berechneten Ergebnisse auswirken.

FlexMex baut auf den Eingansgdaten und Ergebnissen des Vorgängerprojekts RegMex auf. Innerhalb des Vorhabens wurde bereits einen Modellvergleich zu Lastausgleichsoptionen im kleineren Maßstab durchgeführt. (ml)

Projektpartner

• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – Institut für Technische Thermodynamik
• Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, DIW Berlin (Institut für Konjunkturforschung) – Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt (EVU)
• FfE Forschungsstelle für Energiewirtschaft
• Reiner Lemoine Institut 
• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen – Fakultät 6 – Elektrotechnik und Informationstechnik – Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA)
• Universität Duisburg-Essen – Fakultät für Wirtschaftswissenschaften – Lehrstuhl für Energiewirtschaft
• Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie
• Universität Stuttgart – Fakultät 4 Energie-, Verfahrens- und Biotechnik – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER)