Auswertung der Potenziale von flexiblen Energieeinsätzen (Flexibilität) durch das neuartige generische Charakteristika-Modell (GCM)

Stipendiatin/Stipendiat: Natapon Wanapinit

Der zunehmende Anteil der fluktuierenden erneuerbaren Energien aus Photovoltaik und Windenergie in dem Energiesystem Deutschlands erhöht die Unsicherheit der Versorgung und die Volatilität der Strompreise an den Spotmärkten. Das Energiesystem muss demnächst in der Lage sein, auf die Schwankungen rechtzeitig zu reagieren, um die Stabilität des Systems zu gewährleisten und um die ökonomischen und ökologischen Aufwände zu minimieren. Der flexible Energieeinsatz (Flexibilität) - wie Energiespeicherung, flexibler Einsatz und Abregelung - kann diese Aufgaben vollbringen. Da die Erschließung der Flexibilität von der Investition des Energiemanagementsystems abhängig ist, ist die Auswertung der technischen und ökonomischen Potenziale jeder Flexibilitätsoptionen notwendig, damit die Stakeholder die Machbarkeiten der Flexibilität-Projekte beurteilen können.

Da Flexibilitätspotenziale von unterschiedlichen Orten und verschiedenen Technologien oder Prozessen (TP) stammen können, stehen die Stakeholder vor der Herausforderung, eine Entscheidung auf Basis von quantitativen und vergleichbaren Auswertungen zu treffen. Bisherige Verfahren zum Auswerten des Flexibilitätspotenzials konzentrieren sich auf eine Modellierung der bestimmten TP, bezeichnet als Technologien-basiertes Modell (TBM). Obwohl das TBM ein hochdetailliertes Modell einer gewissen TP darstellen kann, ist es nicht direkt auf andere TP wegen seiner Spezifität anwendbar. Weil das TBM das Einsatzziel und die Bedingungen der Strommärkte als entscheidenden Eingaben erfordert, gilt dessen Resultat nur als das ökonomische Potenzial für den vorausgesetzten Rahmen, und es bietet darum keinen umfassenden Begriff des technischen Flexibilitätspotenzials.

In der Dissertation wird das neuartige generische Charakteristika Modell (GCM) entwickelt auf dem Konzept, dass alle Flexibilitätsoptionen gemeinsame Charakteristika - wie z.B. geplante Einsätze, flexible Energiemenge, Leistungsgrenze, verschiebbaren Zeitraum und Wirkungsgrad - haben und diese Charakteristika können die jeweilige Flexibilität ausreichend festlegen. Das GCM bietet die systemische und vergleichbare Struktur für die Charakterisierung und Analyse der unterschiedlichen Flexibilitätsoptionen. Es kann daher Machbarkeitsstudien und die Auswahl von geeigneten Projekten unterstützen. Da das GCM grundsätzlich die generischen Charakteristika der Flexibilität ohne externe Faktoren wie Marktbedingungen feststellt, kann es auch eine allgemeine Definition des technischen Flexibilitätspotenzials festlegen. Das GCM wird im am Fraunhofer ISE entwickelten Energiesystem Optimierungsmodell DISTRICT eingesetzt. Dadurch kann das GCM mit den bestehenden TBM im DISTRICT validiert werden.

Die Identifizierung und die Auswertung der Flexibilitätspotenziale werden durch Fallstudien aus Industrie- und GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistungen) Sektoren vorgeführt. Die Dissertation konzentriert sich auf diese Sektoren wegen deren großen Energieverbrauchs und deren vielfaltigen zusammenhängenden TP. Sie können daher große Flexibilitätspotenziale bieten. Die Szenarien werden aus Fallstudien aufgebaut und durch das GCM ausgewertet, damit die unterschiedlichen Flexibilitätsoptionen ermittelt werden. Von den Ergebnissen werden die potenziellen Geschäftsmodelle vorgeschlagen, die die ökonomische Erschließung der Flexibilität fördern. Die Wirkungen der Einflussfaktoren – wie Marktbedingungen und der Energieeffizienzmaßnahmen - werden auch untersucht. Zusätzlich wird die Anweisung zur selbst durchführbaren Ermittlung der Flexibilitätspotenziale für Stakeholder entwickelt.

Förderzeitraum:
01.08.2018 - 31.07.2021

Institut:
Universität Freiburg
Institut für Nachhaltige Technische Systeme - INATECH

Betreuer:
Prof. Dr. Anke Weidlich

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Publikationen:

  • Promoting flexibility from prosumers through a generic characteristic flexibility model
    Wanapinit, N.; Weidlich, A.; Thomsen, J. (2019) Promoting flexibility from prosumers through a generic characteristic flexibility model. Internationale Energiewirtschaftstagung IEWT 2019