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Nach § 65 Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009 hat die Bundesregierung das EEG zu evaluieren und dem Bundestag bis zum 31.12.2011 und dann alle vier Jahre einen Erfahrungsbericht vorzulegen. Das den Erfahrungsbericht begleitende Forschungsvorhaben V "Integration der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und konventionellen Energieträgern" soll hierfür die Themenbereiche der systemtechnischen, rechtlichen und marktbezogenen Aspekte einer Transmission des Kraftwerkparks wissenschaftlich analysieren und vertiefen.
Die Untersuchung setzt auf dem aktuellen BMU-Leitszenario (2010) auf und betrachtet die Jahre 2010, 2020, 2030 und 2050 und Deutschland im Sinne eines Einpunktnetzmodells bzw. einer "netztechnischen Kupferplatte".
In this paper a new method for the evaluation and comparison of potential future electricity systems is presented. The German electricity system in the year 2050 is used as an example. Based on a comprehensive scenario analysis defining a corridor for possible shares of fluctuating renewable energy sources (FRES) residual loads are calculated in a unified manner. The share of electricity from PV and wind power plants in Germany in the year 2050 is in a range of 42-122% and the load demand has a bandwidth of around 460-750 TWh. The residual loads are input for an algorithm that defines a supplementary mix of technologies providing flexibility to the system. The overall system layout guarantees the balance of generation and demand at all times. Due to the fact that the same method for residual load calculation and mixture of technologies is applied for all scenarios, a good comparability is guaranteed and we are able to identify key characteristics for future developments. The unique feature of the new algorithms presented here is the very fast calculation for a year-long simulation with hourly or shorter time steps taking into account the state of charge or availability of all storage and flexibility technologies. This allows an analysis of many different scenarios on a macro-economic level, variation of input parameters can easily be done, and extensive sensitivity analysis is possible. Furthermore different shares of FRES, CO2-emission targets, interest rates or social acceptance of certain technologies can be included. The capabilities of the method are demonstrated by an analysis of potential German power system layouts with a base scenario of 90% CO2-reduction target compared to 1990 and by the identification of different options for a power sector with a high degree of decarbonisation. The approach also aims at a very high level of transparency both regarding the algorithms and regarding the input parameters of the different technologies taken into account. Therefore this paper also gives a comprehensive and complete overview on the technology parameters used. The forecast on all technologies for the year 2050 regarding technical and economic parameters was made in a comprehensive consultation process with more than 100 experts representing academia and industry working on all different technologies. An extensive analysis of options for the design of potential German energy supply systems in 2050 based on the presented methodology will be published in a follow-up paper.
Der angestrebte starke Ausbau Erneuerbarer Energien (EE) für die Stromerzeugung wird bisher hauptsächlich mit der Frage verbunden, wie schnell und umfangreich die Stromnetze ausgebaut werden müssen und in welchem Umfang es welcher neuer Energiespeicher bedarf. Die mögliche große Bedeutung, die die bestehenden Gasnetze und -speicher für den EE-Ausbau und ihre Integration via Einspeisung von Wasserstoff oder auch synthetischem Methan aus EE-Strom haben können, findet dagegen nur wenig Berücksichtigung. Es wird zwar z. B. in der dena Netzstudie II für das heutige Erdgasnetz ein sehr großes, noch unerschlossenes Potenzial als "Stromspeicher" in Höhe von umgerechnet 130 Mrd. kWhel ausgewiesen. Gleichwohl wurde das Erdgasnetz nicht in die Berechnungen der dena Netzstudie mit einbezogen. Durch eine synchrone aber räumlich getrennte Kombination von "Stromspeicherung" (Power-to-Gas) und Stromerzeugung (Gas-to-Power) könnten die bestehenden Gasinfrastrukturen prinzipiell aber auch für einen weiträumigen "Stromtransport" genutzt werden. Diese Option wird vor dem Hintergrund des stockenden Stromnetzausbaus auf ihre Machbarkeit und Synergieeffekte mit dem Stromnetzausbau hin untersucht.
Dazu werden im Rahmen dieser Studie folgende Leitfragen bearbeitet:
Wie wird aus heutiger Sicht (Metaanalyse) der Bedarf für den Ausbau des Stromnetzes und an Energiespeichern sowie die Rolle von Power-to-Gas gesehen? Welche technischen Potenziale und Synergieeffekte bietet die bestehende Gasinfrastruktur in Deutschland für eine Entlastung des Stromnetzausbaus? Welche Kosten sind damit heute und in Zukunft verbunden und welche Kosten können dadurch ggf. reduziert werden? Welche Hemmnisse sind zu beachten und wie können sie ggf. überwunden werden?
The global energy system is undergoing a major transition, and in energy planning and decision-making across governments, industry and academia, models play a crucial role. Because of their policy relevance and contested nature, the transparency and open availability of energy models and data are of particular importance. Here we provide a practical how-to guide based on the collective experience of members of the Open Energy Modelling Initiative (Openmod). We discuss key steps to consider when opening code and data, including determining intellectual property ownership, choosing a licence and appropriate modelling languages, distributing code and data, and providing support and building communities. After illustrating these decisions with examples and lessons learned from the community, we conclude that even though individual researchers' choices are important, institutional changes are still also necessary for more openness and transparency in energy research.
Das Ziel dieser Untersuchung war, das technische Regelleistungspotenzial von BHKW in Deutschland für die Jahre 2010, 2020 und 2030 zu bestimmen. Der Fokus lag auf den kleineren Leistungsbereichen für die objektscharfe Versorgung von Wohngebäuden sowie von gewerblichen Objekten (Nichtwohngebäuden). Ergänzend wurde exemplarisch eine größere BHKW-Anlage mit Wärmenetz und ein industrieller Anwendungsfall untersucht.
Distributed cogeneration units are flexible and suited to providing balancing power, thereby contributing to the integration of renewable electricity. Against this background, we analysed the technical potential and ecological impact of CHP (combined heat and power) systems on the German minutes reserve market for 2010, 2020 and 2030. Typical CHP plants (from 1 to 2800 kWel) were evaluated in relation to typical buildings or supply cases in different sectors. The minutes reserve potential was determined by an optimisation model with a temporal resolution of 15 min. The results were scaled up to national level using a scenario analysis for the future development of CHP. Additionally, the extent to which three different flexibility measures (double plant size/fourfold storage volume/emergency cooler) increase the potential provision of balancing power was examined. Key findings demonstrate that distributed CHP could contribute significantly to the provision of minutes reserve in future decades. Flexibility options would further enhance the theoretical potential. The grid-orientated operating mode slightly increases CO2 emissions compared to the heat-orientated mode, but it is still preferable to the separate generation of heat and power. However, the impacts of a flexible mode depend greatly on the application and power-to-heat ratio of the individual CHP system.
In der vorliegenden Studie steht die Forschungsfrage im Mittelpunkt, ob ein vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes Stromsystem mit hohen Importanteilen von rund 10 bis 20 % nach heutigem Stand des Wissens als technisch-ökologisch realisierbar angesehen werden kann. Als Grundlage für die Untersuchung wird in erster Linie auf eine Reihe von Szenariostudien zurückgegriffen, die ein weitgehend treibhausgasemissionsfreies, zu 90 bis 100 % auf regenerativer Erzeugung basierendes und von hohen Stromimportanteilen gekennzeichnetes Stromsystem mit dem Zeithorizont 2050 modellieren und beschreiben. Dabei werden analog zu Szenarien für Deutschland auch vorliegende Szenarien für Europa in den Blick genommen, die für den europäischen Kontinent wesentliche Nettostromimporte aus Nordafrika vorsehen.
