Energiesicherheit und Extremwetter in erneuerbaren Energiesystemen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Leonard Göke
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549316936

Um den Klimawandel zu bekämpfen, muss sich die Art und Weise wie wir Energie verbrauchen und erzeugen grundlegend ändern. Die Herausforderung dabei ist, dass fluktuierende Energiequellen wie Wind und Solar nicht nur die Stromnachfrage, sondern auch den Energiebedarf von Verkehr, Wärme, und Industrie decken müssen. Vor diesem Hintergrund untersucht das Projekt die Energiesicherheit in erneuerbaren Energiesystemen angesichts von Wetterschwankungen und Klimaunsicherheit. Der Schwerpunkt liegt auf Strategien zum Ausgleich jährlicher Angebots- und Nachfrageschwankungen. Der erste Teil des Projektes untersucht welchen Einfluss unsichere Wetterbedingungen auf die Planung erneuerbarer Energiesysteme haben. Die zentrale Methode zur Planung des zukünftigen Energiesystems sind Kapazitätsausbaumodelle. Nach dem derzeitigen Stand der Technik berücksichtigen diese Modelle aber nur ein einziges historisches Wetterjahr und nehmen an, dass Wetterbedingungen im Voraus genau bekannt sind. In der Realität schwanken Nachfrage und erneuerbare Erzeugung aber von Jahr zu Jahr, sind durch den Klimawandel langfristen Veränderungen ausgesetzt und können nur kurzfristig vorhergesagt werden. Dementsprechend vernachlässigt die Planung aktuell extreme Wetterbedingungen wie Dunkelflauten. Da Standardansätze zur stochastischen Planung auf Grund ihres Rechenaufwands nicht praktikabel sind, entwickelt das Model eine effiziente Methode zur Energiesystemplanung unter unsicheren Wetterbedingungen. Erstens muss diese Methode eine ausreichend große Stichprobe von Wetterbedingungen abdecken, um jährliche Schwankungen und Effekte des Klimawandels abzubilden. Zweitens ist zu berücksichtigen, dass Wetterbedingungen nicht über längere Zeiträume hinweg vorhersehbar sind. Gleichzeitig müssen aber auch zentrale Elemente erneuerbarer Energiesysteme wie Speicher und Elektrifizierung des Endverbrauchs weiterhin abgebildet werden. Im nächsten Schritt wird die entwickelte Methode angewandt, um Wetterschwankungen und Klimaunsicherheit in der Planung erneuerbarer Energiesystem zu berücksichtigen. Das Ziel ist die Versorgungssicherheit gefährdende Wetterbedingungen zu identifizieren und verschiedene Absicherungsstrategien, wie saisonale Energiespeicher, Biokraftstoffe, oder Energieimporte, zu bewerten. Auf die detaillierte Systemplanung folgen aufbauende Analysen zur Klimaresilienz erneuerbarer Energiesysteme. Die erste Studie widmet sich einem Life Cycle Assessment, das untersucht, wie sich die unterschiedlichen Strategien zur Absicherung des Energiesystems auf Nachhaltigkeitsindikatoren auswirken. Die zweite Studie untersucht, ob die Strategien zum Ausgleich langfristiger Schwankungen auch die kurzfristige Stabilität des Stromnetztes gewährleisten können. Alle Ergebnisse und Modelle des Projektes werden frei und offen zugänglich veröffentlicht. Die entwickelten Methoden und Fallstudien bauen auf den bestehenden Open-Source-Tools AnyMOD.jl und SecMOD auf.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Beteiligte Institution: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH); Department of Mechanical and Process Engineering; Energy and Process Systems Engineering Group (EPSE)
• Gastgeber: Professor Dr.-Ing. André Bardow