Infrastrukturen und Sektorkopplung

Über

Die Anforderungen an Infrastrukturen für den Energietransport, die Energieverteilung und die Energiespeicherung ändern sich mit der zunehmenden Einbindung erneuerbarer Energien in das Energiesystem. Gründe dafür sind zum Beispiel stromseitig die nicht bedarfsgerechte Einspeisung erneuerbarer Energien oder gasseitig die mögliche Umstellung auf Wasserstoff. Zur Ableitung von Anforderungen sind beispielsweise folgende Fragen zu beantworten: Welche Art Infrastruktur brauche wir im Energiesystem der Zukunft? Wie sieht diese bestenfalls aus? Und welchen Beitrag kann eigentlich die bestehende Infrastruktur leisten?

Forschungsthemen

Unser Team verfügt mit der Modellsuite ETHOS über eine umfassende Palette an Tools und Modellen, um die oben genannten Fragestellungen auf allen Infrastrukturskalen von der Übertragungs- bis zur Verteilungsebene für die Energieträger Strom, Gas, Wasserstoff und Wärme beantworten zu können. Dazu gehören die sektorübergreifende Infrastrukturanalyse mit dem Modell FINE.Infrastructure, die Simulation des Energietransports mit den Modellen EUROPOWER sowie GFopt und die Simulation des Verteilnetzes mit dgnetz in Kombination mit osmbuildtag. Grundlage der Kompetenz unseres Teams ist eine umfangreiche Datensammlung zur Parametrierung der Modelle.

Kontakt

Theresa Groß

IEK-3

Gebäude 03.2 / Raum 3008

+49 2461/61-96995

E-Mail

Teammitglieder

Philipp DunkelGebäude 03.2 / Raum 3008+49 2461/61-96995
Abhilash BandamGebäude 03.2 / Raum 3007+49 2461/61-9155
Toni BuschGebäude 03.2 / Raum 34e+49 2461/61-96995
Dr. -Ing. Chloi SyranidouGebäude 03.2 / Raum 3009+49 2461/61-9156
Tobias TrieschGebäude 03.2 / Raum 3006+49 2461/61-9842

Forschungsfelder

Infrastrukturen und Sektorkopplung
Modellpalette des Teams als Teil der Modellsuite ETHOS (Copyright: IEK-3)

Unsere Analysen fanden zum Beispiel Eingang in die wissenschaftlich Begleitstudie zur Wasserstoff Roadmap NRW und können auch zur Generierung umfassender Szenarioanalysen in Zusammenarbeit mit dem Team Integrierte Transformationsstrategien genutzt werden. Ein erfolgreiches Beispiel ist die Studie „Wege für die Energiewende“. Unsere Auftraggeber und Projektpartner sind vielfältig, neben der öffentlichen Hand und wissenschaftlichen Institutionen sind dies insbesondere Netzbetreiber, Energieversorger, Industrieunternehmen, Komponentenentwickler und auch Ingenieurbüros. Durch intensive Zusammenarbeit mit den Teams der Abteilung Integrierte Modelle und Strategien und den Teams Energiepotentiale und Versorgungspfade sowie Verkehrstechniken und Zukünftige Mobilität unserer Abteilung Technologiebewertung und vernetzte Infrastrukturen, sind wir in Tiefe und Breite hervorragend aufgestellt. Treten Sie gerne an uns heran.

Sektorübergreifende Netzplanung

Unsere Modellsuite ETHOS erlaubt es uns, die Energieinfrastrukturen für Strom, Gas, Wasserstoff und Wärme nicht nur hoch detailliert einzeln jede für sich zu betrachten, sondern sektorübergreifend und integrierend. FINE.Infrastructure erlaubt dazu die modellbasierte Auslegung von Infrastrukturkomponenten über mehrere hundert Regionen und alle relevanten Energieträger hinweg bei zeitgleich hoher zeitlicher Auflösung. Das Modell deckt dazu eine regional vorgegebene Nachfrage nach Strom, Gas, Wasserstoff und Fernwärme durch kostenoptimale Auslegung und Betrieb der Energieinfrastruktur und der Anlagen zur Energieerzeugung. Dem Modell liegt der offene Modellgenerator FINE zugrunde. Darüber hinaus werden sowohl am Institut entwickelte Beschleunigungsverfahren, u. a. zur Komplexitätsreduktion, als auch unsere umfangreiche Rechenkapazitäten eingesetzt, um durch die hochaufgelöste Modellierung besonders detaillierte Erkenntnisse über die integrierte Netzplanung zu gewinnen.

Stromnetze

Das Modell EUROPOWER ermöglicht die detaillierte Lastflussberechnung des europäischen Stromübertragungsnetzes für Untersuchungen der Gegenwart bis hin zur szenariobasierten Betrachtung des Jahres 2050 und bei Bedarf auch darüber hinaus. Die Ergebnisse umfassen neben der Netzauslastung auch den zeitlich und räumlich hochaufgelösten Abregelungsbedarf erneuerbarer Energien aufgrund von Netzengpässen, den Anlageneinsatz von Erzeugungs- und Speicheranlagen sowie Möglichkeiten zur Lastverschiebung. Auch die Ermittlung von Zonen- und Knotenpreisen ist möglich.

Neben der Betrachtung der Übertragungsnetze können auch Lastflüsse in Verteilnetzen auf Nieder- und Mittelspannungsebene untersucht werden. Dazu bildet das Modell dgnetz den Stromfluss technisch detailliert ab und liefert Ergebnisse wie die Spannungsstabilität, die Auslastung der verbauten Netzkomponenten, etwaige Rückspeisungen und auch Netzverluste. Zur Parametrierung kann das Modell mit dem Tool OsmBuildTag kombiniert werden, das unter Nutzung eines KI-Algorithmus aus öffentlich verfügbaren Geoinformationen synthetische Verteilnetzdaten generieren kann. Auf diese Weise ist es uns möglich auch ohne verfügbare Realdaten realitätsnahe synthetische Netze zu untersuchen, die helfen die zukünftige Situation im Verteilnetz zu beleuchten.

Gas- und Wasserstoffnetze

Auch für den gasförmigen Energietransport verfügen wir über ein detailliertes Modell. GFopt bietet die Möglichkeit den Lastfluss im deutschen Gastransportnetz unter expliziter Berücksichtigung des Druckverlustes realitätsnah zu berechnen. Das Modell umfasst dazu neben den stranggenau hinterlegten Leitungen des Gasnetzes auch Verdichter- und Druckregelstationen. Die Untersuchungen liefern für flexibel generierbare Netznutzungsfälle umfangreiche Ergebnisse zu Netzauslastung, Gasflüssen, Betriebsdrücken und Strömungsgeschwindigkeiten; und das neben Erdgas auch für den Energieträger Wasserstoff. Auf diese Weise können Aussagen über die Konsequenzen einer Umstellung der Gasnetze von Erdgas auf Wasserstoff getroffen und tiefreifende Erkenntnisse über Änderungen im Netzbetrieb gewonnen werden. Unser Modellansatz ist flexibel genug, um multiskalar neben (inter-) nationalen auch (über-)regionale und sogar lokale Gastransportsysteme detailliert zu untersuchen.

Letzte Änderung: 28.07.2022