Rightsizing – aber richtig!

Rightsizing – aber richtig! von Dusseldorp,  Marc, Heinz,  Sebastian, Lange,  Christopher, Pohl,  Sebastian
Batteriespeicher erleben einen enormen Hype. Sie werden als wesentlicher Baustein eines nachhaltigen Energiesystems propagiert. Das Spektrum möglicher Anwendungsfelder ist breit: Neben der Elektromobilität sind es gerade auch stationäre Anwendungen in Industrie und Haushalten, welche die Herausforderungen einer erneuerbaren Energieversorgung meistern helfen. Aktuell werden, befeuert durch massive politische Förderung, zahlreiche Gigafactories gebaut, die eine nie da gewesene Menge an Batteriespeichern auf den Markt bringen werden (CIC energiGUNE, 2021). Und schon bald werden diese Batterien ihren Siegeszug in E-Autos, Industriespeichern und Haushaltsanwendungen antreten. Eine Erfolgsgeschichte also – für eine nachhaltige Energieversorgung der Zukunft? Die Kehrseite der Medaille lautet: Batterien herzustellen braucht grosse Mengen an Ressourcen und Energie. Damit einher gehen Treibhausgasemissionen sowie weitere Umweltbelastungen in erheblichem Umfang. Der Batterie-Hype von heute könnte sich somit als enormes Ressourcen- und Abfallproblem von morgen erweisen. Um die Nachhaltigkeitsprobleme unserer bisherigen Energieversorgung zu lösen, wären neue Nachhaltigkeitsprobleme geschaffen worden. Eine echte Erfolgsgeschichte müsste anders geschrieben werden. Dem entsprechend wird die Debatte um die Nebenfolgen der Batterienutzung lauter (Barske, 2020) (Flassbeck, 2020). Dabei werden zunehmend Ansätze präsentiert, die dazu dienen könnten, Batteriespeicher und ihre Anwendung stärker als zuvor an den Anforderungen einer nachhaltigen Entwicklung auszurichten. Rightsizing ist einer dieser Ansätze (Henßler, 2020). Er wird aktuell im Bereich der Elektromobilität thematisiert und besagt im Kern, dass die Entwicklung bei Traktionsbatterien eigentlich zu einer Überdimensionierung – oversizing – geführt hat. Denn die meisten mit PKW zurückgelegten Fahrten gehen über vergleichsweise kurze Strecken. Viele Autofahrer benötigen kein Fahrzeug, welches mit einer Batterieladung 500 Kilometer oder mehr bewältigen kann. Warum also ein Batteriepaket mitschleppen, das mehrere hundert Kilogramm und mehrere tausend Euro schwer ist und dessen Herstellung die Umweltbilanz des Fahrzeugs wesentlich beeinträchtigt? „Weniger Reichweite genügt“: Das ist das schlichte Motto des Rightsizing-Ansatzes in seiner aktuellen Form. Rightsizing kann jedoch mehr bedeuten – und mehr bewirken. Das wird deutlich, wenn man sich die Abhängigkeit der Batteriegröße nichtnur von der gewünschten Reichweite (oder einem sonstigen Nutzen), sondern insbesondere auch von der vorliegenden Batterietechnologie vor Augen führt. Langlebigkeit und spezifische Energie, Schnellladefähigkeit und Tiefentladefestigkeit sind Batterieeigenschaften, die im Zusammenspiel maßgeblich über die erforderliche Batteriegröße entscheiden. Damit bestimmt die Batterietechnologie nicht zuletzt durch ihren Einfluss auf die Speichergröße, welche Umweltbilanz die jeweiligen Anwendungen aufweisen. Es braucht eine Debatte über Batterie-Rightsizing in diesem umfassenderen Sinne. Dabei geht es einerseits um ein Verständnis der zugrunde liegenden Zusammenhänge, andererseits um die damit verbundenen Nachhaltigkeitspotenziale. Batteriespeicher werden nur dann einen echten Beitrag zur Energiewende leisten können, wenn diese Nachhaltigkeitspotenziale systematisch gesucht und genutzt werden – als zentrales Kapitel der Erfolgsgeschichte, die es zu schreiben gilt.
Aktualisiert: 2021-11-26
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Einfluss der Regionalisierung Erneuerbarer Energien sowie innovativer Konzepte auf die Netzentwicklungsplanung

Einfluss der Regionalisierung Erneuerbarer Energien sowie innovativer Konzepte auf die Netzentwicklungsplanung von Liebenau,  Volker
Die europäische Energieversorgung befindet sich im Umbruch. Erneuerbare Energien sind ein zentraler Baustein der europäischen Klima- und Energiepolitik. Im Zuge dessen wachsen die Herausforderungen an die elektrischen Netze. Bedingt durch eine sinkende Akzeptanz in der Bevölkerung und zeitintensive Genehmigungsverfahren kommt es zu Verzögerungen beim Ausbau des Übertragungsnetzes. Zur Vermeidung einer Verzögerung der Energiewende und zur weiteren Integration Erneuerbarer Energien sind neue Ansätze erforderlich. In dieser Arbeit werden Varianten der regionalen Verteilung des Zubaus von Erneuerbaren Energien untersucht. Durch eine nachfrageorientierte Verteilung der installierten Leistung ist beispielsweise eine Reduktion des Übertragungsbedarfs möglich. Ähnliche Einflüsse können innovative Konzepte wie die Spitzenkappung, das Freileitungsmonitoring und die Sektorenkopplung haben. Durch das Freileitungsmonitoring kann zum Beispiel zeitweise die Übertragungsfähigkeit des Netzes deutlich erhöht werden. Die Auswirkungen dieser Konzepte auf den Ausbaubedarf des deutschen Übertragungsnetzes werden für einen Anwendungsfall im Jahr 2025 untersucht und miteinander verglichen.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Zukünftige Bereitstellung von Regelleistung unter Berücksichtigung technischer und marktwirtschaftlicher Potenziale

Zukünftige Bereitstellung von Regelleistung unter Berücksichtigung technischer und marktwirtschaftlicher Potenziale von Schlüter,  Thorsten
Ein sicheres und zuverlässiges elektrisches Energiesystem basiert auf einem ständigen Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch. Jedes Ungleichgewicht führt zu einer Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Sollwert. Für den Ausgleich vorhersehbarer oder unvorhersehbarer Schwankungen der Netzfrequenz wird Regelleistung vorgehalten und bei Bedarf eingesetzt. Der steigende Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und der zeitgleiche Rückbau konventioneller Kraftwerksleistung sorgen für eine zunehmende Volatilität des Regelleistungsbedarfs und des -angebots. Die vorliegende Arbeit bietet Lösungen, um die Systemintegration der Erneuerbaren Energien voranzutreiben und dabei keine konventionellen Kapazitäten zur Regelleistungsbereitstellung vorhalten zu müssen. Dazu wird anhand eines Szenarios für das Energiesystem im Jahr 2035 der stündliche Bedarf an Regelleistung simuliert. An-schließend wird geprüft, welches technische und wirtschaftliche Potenzial marktintegrierte und netzoptimierende Flexibilitätsoptionen zur Regelleistungsbereitstellung bieten.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Dezentrale Flexibilitätsoptionen und ihr Beitrag zum Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugung Erneuerbarer Energien

Dezentrale Flexibilitätsoptionen und ihr Beitrag zum Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugung Erneuerbarer Energien von Kippelt,  Stefan
Die Flexibilität der elektrischen Leistung ist eine wesentliche Eigenschaft elektrischer Energiesysteme, die zum Ausgleich absehbarer oder unvorhergesehener Schwankungen von Stromerzeugung und -verbrauch benötigt wird. Durch den steigenden Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung entsteht somit auch ein erhöhter Bedarf an betrieblicher Flexibilität. Zeitgleich sorgt der Rückbau konventioneller Kraftwerke zu einem verminderten Flexibilitätsangebot, wodurch zukünftig die Erschließung neuer Quellen betrieblicher Flexibilität notwendig wird. Neben weiteren Technologien stellen dezentrale Flexibilitätsoptionen eine aussichtsreiche Flexibilitätsquelle dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst gezeigt, wie sich die nutzbare Flexibilität dezentraler Technologien ermitteln lässt. Anhand eines Simulationsszenarios für das Energiesystem im Jahr 2035 kann anschließend demonstriert werden, welchen Beitrag diese zum Ausgleich einer zunehmend fluktuieren den Stromerzeugung leisten können. Der flexible Betrieb dieser Anlagen bewirkt jedoch auch eine signifikante Veränderung der Leistungsflüsse im Verteilnetz. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird daher untersucht, welche Wechselwirkungen zwischen der Nutzung von Flexibilitätsoptionen und der Belastungssituation der Verteilnetze besteht. Dabei stellt sich heraus, dass in bestimmten Netzregionen mit einer erhöhten Netzbelastung zu rechnen ist. In Folge erhöht sich entweder der zukünftige Investitionsbedarf in den deutschen Verteilnetzen oder das nutzbare Flexibilitätspotenzial muss zu Gunsten des Verteilnetzes geringfügig reduziert werden. Dennoch bieten dezentrale Flexibilitätsoptionen ein erhebliches Maß betrieblicher Flexibilität bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Stromhandel auf europäischen Spotmärkten

Stromhandel auf europäischen Spotmärkten von Angerer,  Kerstin, Krohns,  Stephan
Die Energiewende ist eine der zentralen Aufgaben der jetzigen Generationen. Ein essentieller Baustein ist die Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen, wie Windkraft- und Photovoltaikanlagen. Diese Stromerzeugung bringt jedoch, aufgrund von volatiler Einspeisung geprägt durch Wettereinflüsse, komplexe Herausforderungen mit sich. Wie erfolgt nun eine sinnvolle System- und Marktintegration dieser Kleinkraftwerke? Durch welche Maßnahmen kann die erforderliche Flexibilität in der Stromversorgung erzielt werden? Eine Antwort hierauf kann der in den letzten Jahren signifikant wachsende Stromhandel auf dem Intraday-Markt sein. In dieser Studie zeigen wir für die 21 größten stromverbrauchenden Länder die nationalen Besonderheiten beim kurzfristigen Stromhandel auf Spotmärkten. Das Potential dieser Spotmärkte wird mit Fokus auf Europa anhand eines Modells analysiert. Aus diesem Modell folgt, dass in Deutschland die technischen Flexibilitätsoptionen (=Speichertechnologien) in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen als Art virtuelles Kraftwerke an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit stehen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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