Forschung
Projektbeschreibung
Das internationale Pariser Klimaschutzabkommen sowie nationale Ziele in Europa und Deutschland fordern drastische Reduzierung der Emissionen des Energieversorgungssystems, insbesondere im Verkehrssektor, der derzeit für 20% der nationalen Emissionen verantwortlich ist. Das Ziel ist es, bis 2030 die Emissionen im Verkehrssektor um 40% gegenüber 1990 zu reduzieren und bis 2050 vollständig emissionsfrei zu sein. In dem Projekt „DeV-KopSys“ werden robuste Wege untersucht, um diese Klimaziele zu erreichen, indem man die Unsicherheiten in Bezug auf energiepolitische Rahmenbedingungen und Veränderungen im Energiemix berücksichtigt und die Umsetzbarkeit von Maßnahmen analysiert. Ein besonderer Fokus liegt auf der Nutzung von synthetischen Kraftstoffen (Power-to-X) und deren Infrastrukturen.
Power-to-X und grüner Wasserstoff
Power-to-X kann dazu beitragen, den globalen Energiewandel von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien zu unterstützen, indem es ermöglicht, die saisonale und geografische Abhängigkeit von erneuerbaren Energien zu überwinden und sie in Form von Wasserstoff oder anderen synthetischen Kraftstoffen zu speichern und zu transportieren. Power-to-X-Technologien ermöglichen es auch, erneuerbare Energien in Sektoren zu nutzen, die schwer zu elektrifizieren sind, wie zum Beispiel den Verkehrssektor.
Ergebnisse aus Vorgängerprojekt DeVKopSys I
Deutschland kann die verschärften EU-Klimaziele für 2030 erreichen, indem es den Ausbau erneuerbarer Energien und den Kohleausstieg beschleunigt. Um das Klimaziel für den Verkehrssektor zu erreichen, ist ein signifikanter Anteil von Verkehrsvermeidung und -Verlagerung unvermeidbar. Eine treibhausgasfreie europäische Energieversorgung für 2050 zeigt, dass die reale historische Extremsituation durch einen moderaten Ausbau von Gaskraftwerken in Deutschland überbrückt werden kann. Nutzung von Flexibilität in der Industrie und bidirektionales Laden und Nutzung von dezentraler Flexibilität in der Industrie kann den Bedarf an Gaskraftwerken reduzieren. Nutzung von Elektromobilität und PV-Heimspeicher im übergeordneten Strommarkt kann langfristig ein hohes Flexibilitätspotenzial bieten, falls regulatorische Hürden überwunden werden. Die Transformation des bestehenden Erdgas-Fernleitungsnetzes in eine zentrale Wasserstoffinfrastruktur kann Effizienzvorteile gegenüber der Nutzung von Power-to-Gas in der Industrie und für Gaskraftwerke bieten.
Methoden und Modelle
Unsere Energiesystemmodelle wurden entwickelt um die Entwicklung von Energiesystemen zu simulieren und zu analysieren. Sie berücksichtigen Faktoren wie die Produktion von Strom, die Nachfrage nach Energie, die Verfügbarkeit von Ressourcen und die Umweltauswirkungen. Mit Hilfe der Energiesystemmodelle können Entscheidungsträger die Auswirkungen von politischen und technologischen Veränderungen auf das Energiesystem vorhersehen und abschätzen.
Unsere Stromnetzmodelle sind eine spezielle Art von Energiesystemmodellen, die sich auf die Simulation und Analyse von Stromnetzen konzentrieren. Sie berücksichtigen die topologischen und technischen Eigenschaften des Stromnetzes, einschließlich der Leitungen, Transformator und Schaltanlagen. Mit Hilfe von Netzmodellen können Entscheidungsträger die Auswirkungen von Veränderungen im Stromnetz, wie zum Beispiel den Ausbau erneuerbarer Energien, auf die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes vorhersehen und abschätzen.
Energiesystemmodelle
SCOPE ist ein sektorenübergreifendes Kapazitätsausbauplanungsmodell, das die stundenscharfe Abbildung des Anlageneinsatzes im gesamten Jahr und die Berücksichtigung aller relevanten Wechselwirkungen zwischen den zukünftigen Strom-, Gebäude-, Industrie- und Transportsektoren umfasst. Es nutzt einen linearen Programmieransatz, um die Kosten für Erzeugung, Speicherung und sektorenübergreifende Investitionen in Verbrauchertechnologien sowie für den Betrieb des Gesamtsystems zu minimieren. SCOPE unterstützt eine umfassende Analyse von traditionellen Stromversorgungssystemen und allen relevanten (Hybrid-)Technologiekombinationen an den sektoralen Schnittstellen zum Gebäude-, Industrie-, und Verkehrssektor.
EMPRISE ist ein stochastisches, sektorübergreifendes, pfadabhängiges Energiesystemmodell. Es wird verwendet, um die Auswirkungen von Unsicherheiten auf die Entwicklung des Energiesystems zu untersuchen und robuste Entscheidungen im Zusammenhang mit dem Ausbau erneuerbarer Energien und der Einbindung von Power-to-X -Technologien zu treffen. Es ist in der Lage, die Interaktionen zwischen verschiedenen Energiesektoren und -quellen zu modellieren und kann sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene verwendet werden. Es wird im Projekt DeV-KopSys II verwendet, um die Entwicklung von Wasserstoff-Offshore-Potenzialen und den europäischen Gasmarkt zu untersuchen.
energyANTS ist ein Energiesystemanalyse-Tool das die Simulation von Energiesystemen ermöglicht und die Analyse von Auswirkungen von Energietechnologien und -strategien. Mit energyANTS können Szenarien für die zukünftige Energieversorgung entwickelt werden und die Kosten, Emissionen und die Versorgungssicherheit bewertet werden. Das Tool berücksichtigt sowohl die Strom- als auch die Wärme- und Verkehrssektoren und ermöglicht die Simulation von Szenarien mit hohen Anteilen an erneuerbaren Energien. Es bietet eine umfassende Analyse von Energiesystemen, die es ermöglicht, die Auswirkungen von Technologieentscheidungen auf Kosten, Emissionen und Versorgungssicherheit zu verstehen und zu optimieren.
Netzmodelle
IEE.Opt ist ein Optimierungs- und Planungstool, das es ermöglicht eine Optimierung des Energiesystems auf nationaler und europäischer Ebene unter Berücksichtigung von technischen, ökonomischen und politischen Faktoren durchzuführen. Das Tool kann verwendet werden, um die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit von verschiedenen Technologieoptionen zu bewerten, den Ausbau von Netzinfrastruktur zu planen und die Rolle von Wasserstoff im Energiesystem zu untersuchen. Es kann auch dazu verwendet werden, um die Auswirkungen von politischen Entscheidungen auf das Energiesystem zu simulieren und die robusten Entwicklungspfade für die Energiewende zu identifizieren.