Integrierte Transformationsstrategien

Über

Eine grundlegende Voraussetzung für eine treibhausgasneutrale Energieversorgung ist die Substitution fossiler Energieträger sowie der Ausbau erneuerbarer Energien. Elektrizität sowie neue Energieträger wie Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe werden zukünftig eine bedeutende Rolle spielen. Im Vergleich zum heutigen Energieversorgungssystem wird die Verflechtung der energiewirtschaftlichen Sektoren (Sektorkopplung) und entsprechend die Komplexität des Gesamtsystems deutlich zunehmen. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Nachfrage und das hohe volatile Erzeugungsangebot in Einklang zu bringen, und dabei den Kriterien von Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit zu genügen. Hierfür gilt es, geeignete Transformationsstrategien hin zu einer zukünftig treibhausgasneutralen Energieversorgung zu entwickeln. Die Arbeiten der Gruppe "Integrierte Transformationsstrategien" fokussieren insbesondere auf die ganzheitliche Betrachtung des nationalen Energieversorgungssystems sowie die Auswirkungen auf den notwendigen Ressourcenbedarf. Sie umfassen neben der Formulierung von nationalen Treibhausgasminderungsstrategien auch die techno-ökonomische Bewertung von Einzeltechniken und Teilsystemen im Kontext des gesamten nationalen Energiesystems.

Forschungsthemen

Zu den Forschungsthemen gehören nationale Treibhausgasminderungsstrategien, Defossilisierungsstrategien für die deutsche Industrie und die Modellierung nationaler Energieversorgungssysteme mit Hilfe der FINE-NESTOR-Plattform.

Kontakt

Dr. Peter Markewitz

IEK-3

Gebäude 03.2 / Raum 113Y

+49 2461/61-6119

E-Mail

Teammitglieder

Freia HarzendorfGebäude 03.2 / Raum 3004+49 2461/61-9834
Patrick FreitagGebäude 03.2 / Raum 34c+49 2461/61-6695
Felix KullmannGebäude 03.2 / Raum 3002+49 2461/61-85446
Rachel MaierGebäude 03.2 / Raum 113y+49 2461/61-6119
Thomas SchöbGebäude 03.2 / Raum 2005+49 2461/61-3079

Forschungsfelder

Grundlage für die Analysen ist das integrierte Energiesystemmodell FINE-NESTOR (National Energy System Modell with Sector Coupling), welches die nationale Energieversorgungssystem sektorübergreifend mit seinen vielfältigen Wechselwirkungen technikscharf abbildet. Das FINE-NESTOR Modell wurde im IEK-3 konzipiert und entwickelt. Um den vielfältigen Fragestellungen im Kontext der Energiewende gerecht zu werden, wird das Modell kontinuierlich weiterentwickelt. Das Modell ist ein partielles Gleichgewichtsmodell und verfügt über einen Optimierungsansatz, indem der monetäre Aufwand für den Umbau der Energieversorgung (Systemkosten) minimiert wird. Hierdurch ist es möglich, kostenoptimale Transformationsstrategien zu identifizieren. Ein wesentlicher Vorteil des integrierten Energiesystemmodells besteht darin, dass die Konsistenz der berechneten Szenarien immer gewährleistet ist. Dem Modell liegt momentan ein myopisches Konzept zugrunde. Hiermit lassen sich Transformationspfade in 5-Jahresschritten berechnen. Aufgrund der großen Bedeutung des zukünftig hohen volatilen Energieangebots und des absehbaren Speicherbedarfs verfügt das Modell über eine stündliche Auflösung. Mit methodischen Weiterentwicklungen wie z.B. Verfahren zur Zeitreihenaggregation (Link zur Gruppe Leander) gelingt es, die erheblichen Rechenzeiten zu reduzieren. Das Modell zeichnet sich insbesondere durch eine detaillierte Abbildung relevanter Industrieprozesse aus. Dies umfasst auch eine Abbildung des industriellen Rohstoffbedarfs (nicht energetischer Verbrauch) sowie viele Möglichkeiten des Recyclings von Sekundärrohstoffen.

Die thematischen Anwendungsfelder sind:

  • Nationale Treibhausgasminderungsstrategien
  • Treibbhausgasneutralität
  • Bedeutung von Wasserstoff in einem zukünftigen Energiesystem
  • Auswirkungen von Recyclingstrategien im Kontext von Treibhausgasminderung
  • Defossilisierungstrategien für die deutsche Industrie
  • Verringerung und Substitution des energetischen Rohstoffbedarfs
  • Sektorale Energieeinsparung
  • Analyse von nationalen Wind- und PV-Potenzialen
  • Techno-ökonomische Bewertung von Einzeltechniken (z.B. Speicher) in einem Gesamtsystemkontext

Integrierte Transformationsstrategien
Myopische Transformationspfadanalyse (Copyright: IEK-3)

Die Kopplung des FINE-NESTOR Modells mit anderen Modellen des IEK-3 eröffnet vielfältige Möglichkeiten für tiefergehende sowie räumlich aufgelöste Analysen. Um beispielsweise die Wechselwirkungen mit dem europäischen Strommarkt berücksichtigen zu können, besteht die Möglichkeit einer Kopplung mit dem Modell EUROPOWER (Link zur Gruppe Linssen/Gillessen). Weitere Kopplungsmöglichkeiten bestehen mit den Modellen GLAES/RESKit (Link Gruppe Heinrichs/Pflugradt), die eine detaillierte Flächenpotenzialanalyse und damit eine standortscharfe Analyse von Windkraft- bzw. PV-Anlagen erlauben. Eine Besonderheit stellt die Kopplung mit dem Modell HEUSSER (Link zu Gruppe Heinrichs) dar, mit dem Mengen-/Preisrelationen für globale Wasserstoff- und PtL-Importe generiert werden können, die wiederum wichtige Eingangsgrößen für das nationale NESTOR-Modell sind. Die Kopplung mit dem Modell FINE-Crossing (Link zur Gruppe Linssen) ermöglicht eine räumlich aufgelöste Analyse der Ergebnisse des FINE-NESTOR Modells. Hiermit ist es z.B. möglich, detaillierte Infrastrukturanalysen (z.B. Verlauf von Wasserstoffpipelines) zu berechnen.

Letzte Änderung: 28.07.2022