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Projekttreffen STEP auf dem Firmengelände von ATS - Agro Trading & Solutions in Hardegsen (Foto: DBFZ)

Systemintegration | Systemstudien

FKZ-Nr. 03KB129

OptiSys - Optimaler Anteil und Systembeitrag von Bioenergie in gekoppelten Elektrizitäts- und KWK-Systemen in Deutschland - Systemische Bewertung der sektorübergreifenden Flexibilitätsbereitstellung durch Bioenergieanlagen in der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung (inkl. E-Mobilität)

Biogasanlage (Foto: Martin Dotzauer, DBFZ)

Dauer

  • 01.09.2017 – 31.08.2019

Kontakt

Universität Stuttgart
Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER)
Heßbrühlstraße 49a
70565 Stuttgart

Dr. Ludger Eltrop – Projektleiter
Telefon: +49-(0)711 685 87816
E-Mail: ludger.eltrop‍@‍ier.uni-stuttgart.de

Dipl. Wirt.-Ing. Sylvio Nagel – Weiterer Mitarbeiter
Telefon: +49-(0) 711 685-60760
E-Mail: sylvio.nagel‍@‍ier.uni-stuttgart.de

Dr. Marlies Härdtlein – ehemalige Mitarbeiterin
E-Mail: marlies.haerdtlein‍‍@‍‍ier.uni-stuttgart.de

Partner

03KB129B - Technische Hochschule Ingolstadt
03KB129C - Dialogik - gemeinnützige Gesellschaft für Kommunikations- und Kooperationsforschung mbH

Assoziierte Partner

Kooperationspartner

Unterauftragnehmer

Thema

Der fortschreitende Ausbau erneuerbarer Energien im Laufe der Energiewende führt zu einer Umstrukturierung des gesamten Energieversorgungssystems. Dies ist verbunden mit der Entwicklung neuer, innovativer Technologien und Betriebskonzepte sowie der Notwendigkeit, den Anlagenpark zu flexibilisieren (DSM, Speicher, Einspeisemanagement, Power-to-X, flexible konventionelle Kraftwerke und Import/Export).

Im Vorhaben wird die Interaktion aller Flexibilitätsoptionen und insbesondere die aus Systemsicht kostenoptimale Integration der Bioenergie in das Energiesystem untersucht und bewertet. 

Ziel

Das Vorhaben zielt darauf ab, die Lücke bei der Untersuchung des Systembeitrags flexibler Bioenergie im Wettbewerb mit anderen Flexibilitäts- und Technologieoptionen zu schließen und die methodische Vorgehensweise bei der Analyse sowie identifizierte Effekte auf das Energiesystem zu dokumentieren und erarbeitete Kennwerte und Wechselwirkungen für künftige Studien bereitzustellen. Dadurch kann ein wichtiger Beitrag zur adäquaten Berücksichtigung der Bioenergie in zukünftigen Energiesystemstudien geleistet werden.

Maßnahmen

IER, Universität Stuttgart
AP1: Festlegung der zu untersuchenden Technologiepfade für die energetische Biomassenutzung im Elektrizitäts- und KWK-Wärmesektor und deren modelltechnische Abbildung bzw. Aggregation. Festlegung der weiteren erneuerbaren Erzeugungskapazitäten und Flexibilitätsoptionen für die vergleichende Systemanalyse (u.a. konventionelle Kraftwerke, PV, Windkraft, Solarthermie, Speicher, DSM, Einspeisemanagement, Power-to-X).

AP3: Es wird das bestehende Modell E2M2-Bio erweitert. Die Analyse der Flexibilitätsoptionen am Elektrizitätsmarkt unter Berücksichtigung systemischer intersektoraler Zusammenhänge zu den Versorgungsbereichen Wärme und Mobilität erfordern inhaltliche Anpassungen und Weiterentwicklung des bestehenden Modells. Dies umfasst u.a. den modelltechnischen Umfang, den technologischen Abbildungsgrad sowie Aspekte der Sektorkopplung Strom-Wärme und Strom-Mobilität.

AP4: Es werden Szenariorechnungen zum flexiblen Einsatz von Bioenergieanlagen in einem gekoppelten Elektrizitäts-, Wärme- und Mobilitätssystem durchgeführt und Aussagen zum optimalen Anteil, dem Systembeitrag und der Interaktion der Bioenergie mit anderen Flexibilitätsoptionen erarbeitet.

AP5: Es werden die modelltechnischen Aspekte in das Methodenhandbuch eingebracht. Dies umfasst u.a. Ergebnisse aus unterschiedlichen Modellierungsansätzen für Biomasse („Biomasse vereinfacht abgebildet“, „Biomasse komplex abgebildet“) und Ergebnisse zum Einfluss weiterer Flexibilitätsoptionen auf das Modellergebnis (Interaktionen, Wechselwirkungen). Weiterhin werden Hinweise und Tipps für zukünftige Arbeiten und weiterführende Untersuchen formuliert (u.a. Technologiespektrum, modelltechnische Abbildung, Sensitivitäten).

InES, Technische Hochschule Ingolstadt
AP1: Review und eine Aufbereitung abgeschlossener Energiesystemstudien sowie aktueller Bioenergie-Forschungsprojekte und –ergebnisse zu den Stützjahren 2030, 2040 und das Zieljahr 2050. Es werden die Themenfelder Biomasse als Flexibilitätsoption, innovative Ansätze zur Kraft-Wärmekopplung in Verbindung mit erneuerbaren Energien nach dem aktuellen KWKG sowie zur Sektorkopplung Strom- und Mobilität und die mögliche Rolle von Biomasse im Mobilitätssektor untersucht. Das Konsortium legt auf Basis dieser den Untersuchungs- und Szenariorahmen fest.

AP2: Es werden technische Parameter für die betrachteten Technologien ermittelt. Untersucht werden u.a. Biogasanlagen inkl. Biogasspeicher, Biomasseheizkraftwerke, Biomethanaufbereitungsanlagen, Biomethan-BHKW, um entsprechende Technologiesteckbriefe zu erarbeiten. Des Weiteren werden mögliche innovative KWK Systeme, welche sich durch die vorgesehene Pilotausschreibung des KWKG entwickeln können, berücksichtigt. Hierfür werden spezifische kapitalgebundene und betriebsgebundene Kostenparameter für die jeweiligen Szenarien ermittelt. Die Zusammenfassung der Ergebnisse erfolgt in Technologiesteckbriefen.

AP4: Durchführung einer Robustheits- und Sensitivitätsanalyse, um anschließend die Modellergebnisse zu analysieren und zu interpretieren. Die berechneten Variablen werden hierfür in Relation zu den technischen und ökonomischen Eingangsparametern der Szenarien gesetzt und die Zusammenhänge in den Ergebnissen im Rahmen einer Verifikation auf systematische Fehler geprüft. Darüber hinaus führt die THI eine Validierung anhand von überschlägigen Kontrollrechnungen durch. Die Resultate der beiden Maßnahmen werden in einer kritischen Diskussion zwischen den Projektpartnern zur Qualitätssicherung und Verbesserung des Modells genutzt.

AP5: Veröffentlichung der Technologiesteckbriefe als open data im Methodenhandbuch. Diese enthalten die ergebnisbestimmenden Inputgrößen und haben einen relevanten Einfluss auf die Qualität des Studienergebnisses. Durch die Veröffentlichung wird Dritten die Möglichkeit eingeräumt, die Annahmen transparent zu überprüfen und für eigene Vorhaben zu übernehmen. Die Szenarien, welche gemeinsam mit dem IER und dem Expertengremium festgelegt wurden, werden ebenfalls für das Methodenhandbuch aufgearbeitet und als open data veröffentlicht. Die Wechselwirkungen zwischen den Flexoptionen werden gemeinsam mit dem IER untersucht, diskutiert und strukturiert zusammengestellt. Hier werden die mit E2M2-Bio berechneten Ergebnisse aufgezeigt

Dialogik
AP6: Es sind vier Projektworkshops mit einem projektbegleitenden Expertengremium geplant. Die Workshops werden als runde Tische organisiert und an den Meilensteinen der Arbeitspakete ausgerichtet. Das Expertengremium setzt sich zusammen aus Akteuren aus den Bereichen Bioenergie, Energiesystemanalyse und Energiemärkten. Dies soll sicherstellen, dass Szenarien und Ergebnisse abgeschlossener sowie laufender Studien adäquat berücksichtigt und die im Vorhaben erarbeiteten Ergebnisse und das Methodenhandbuch transparent und praxisbezogen ausgearbeitet werden.

Schwerpunkte

IER, Universität Stuttgart

  • Szenarien der Elektrizitäts- und KWK-Wärmeversorgung und Mobilität
  • Energiesystemmodellierung und Systemeffekte der Bioenergie als Flexibilitätsoption
  • Methodenhandbuch zur adäquaten Berücksichtigung der Bioenergie in der Energiesystemmodellierung

InES, Technische Hochschule Ingolstadt

  • Szenarien der Elektrizitäts- und KWK-Wärmeversorgung und Mobilität mit Schwerpunkt Review bestehender Studien
  • Technologiesteckbriefe zur Bioenergie
  • Methodenhandbuch zur adäquaten Berücksichtigung der Bioenergie in der Energiesystemmodellierung

Dialogik

  • Planung, Organisation, Durchführung und Dokumentation der Projektworkshops für eine transparente und praxisbezogene Projektbearbeitung

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