07.01.2020 • Energie

Vernetzt: Produktion und Speicherung von Energie

Kopplung von Energiesektoren zur Flexibilisierung der Energieinfrastruktur.

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Strom­produktion erreicht mittler­weile fast fünfzig Prozent – mit dem großen Nachteil, dass sie sich dem wechselnden Strombedarf am Tage kaum anpassen können. Sie liefern nur dann elektrische Energie, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Ideal wäre es, erzeugte erneuer­bare Energie in großem Maße speichern und die Produktion und Speicherung von Energie auf­ein­ander abstimmen zu können. Das ist das Ziel von ES-FLEX-INFRA, einem Gemeinschafts­projekt unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und wissen­schaft­liches Rechnen SCAI.

Bild: Schematische Darstellung der Sektorkopplungen in städtischen Netzen....
Bild: Schematische Darstellung der Sektorkopplungen in städtischen Netzen. (Bild: Fh.-SCAI)

Das vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt steht für die „Kopplung von Energie­sektoren zur Flexi­bili­sierung der Energie­infra­struktur“. Die dafür entwickelte Software soll Energie­versorger in die Lage versetzen, Last­verlage­rungen und die Integration von Speichern in der städtischen Infra­struktur analysieren und betreiben zu können.

„Was passiert, wenn der Strombedarf hoch ist, aber die Sonne nicht scheint oder umgekehrt? Wie kann über­schüssige Energie genutzt werden? Wenn der Anteil der erneuer­baren Energien weiter­wächst, wird die bisher übliche Energie­optimierung inner­halb der einzelnen Energie­sektoren nicht mehr ausreichen. Vielmehr wird es notwendig, Energie­sektoren wie Strom, Erdgas, Fernwärme und Verkehr mit­ein­ander zu koppeln“, sagt Bernhard Klaaßen, der beim Fraunhofer-SCAI das Projekt begleitet. „Denn verglichen mit der Energie­speicherung in Form von Elektrizität ist beispiels­weise der Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch durch Last­ver­lagerung, Nutzung industri­eller Abwärme und thermische Energie­speicherung deutlich kosten­günstiger und effizienter.“

Eine gut funktionierende Sektor­kopplung, die Vernetzung verschiedener Energie­sektoren, regelt Produktion und Speicherung auch von Wärme. Denn Wärme entsteht auch immer bei der Produktion von elektrischer Energie – und ist weit mehr als nur ein Abfall­produkt. Ein so optimiertes „Cross Energy Manage­ment“ ist demnach eine ideale Kombi­nation aus Strom- und Wärme­gewinnung auf der einen Seite – und deren jeweils best­mögliche Speicherung, Verteilung und Nutzung. Das verbessert signifikant die Versorgungs­sicher­heit beim umfassenden Einsatz erneuer­barer Energien und steigert deren Akzeptanz nach­haltig.

Als Grundlage für die Entwicklung von ES-FLEX-INFRA als software­gestützte Lösung wurden nicht nur virtuelle Simula­tionen durch­geführt – sondern auch das reelle Netz der Rheinischen Netz­gesell­schaft unter verschiedenen Last­zu­ständen betrachtet. Dabei wurden die Sektoren Strom, Gas und Wärme betrachtet. Beispiels­weise kommen folgende Flexi­bilitäts­optionen in Frage: Die Nutzung bisher ungenutzter Wärme (Abwärme, Flüsse) mit Wärme­pumpen und Wärme­speichern bzw. Wärme­netzen; die Nutzung von Über­schuss­strom zur Erzeugung von Methan (Power-to-Gas) und gleich­zeitige Nutzung des hohen Prozess­wärme­anteils durch Kraft-Wärme-Kopplung; der Bezug und die Ein­speisung von Methan in Gasnetze bzw. Speicher, Nutzung in Kraft­wärme­kopplungs-Prozessen; sowie die Nutzung von Über­schuss­strom in der Elektro­mobilität bzw. über Power-to-Gas in Erdgas-betriebenen Fahrzeugen.

„Der Bedarf an Speicherung und anderen Flexi­bilitäts­optionen wird noch weiter zunehmen. Effizient und ökonomisch kann die Energie­wende nur gelingen, wenn die Sektoren Strom, Wärme, Gas – und auch Transport etwa durch Elektro­mobilität oder mit Erdgas betriebenen Fahr­zeugen – unter­ein­ander vernetzt und Synergien in Last­flüssen und Speicherung genutzt werden“, sagt Klaaßen. Die Vorteile der Sektoren­kopplung werden zunehmend erkannt. Die vom Fraunhofer-SCAI entwickelte Simulations-Software wird von der Industrie bereits nach­gefragt, um zukünftige Planungen – etwa im Wasser­stoff­bereich – zu unter­stützen. Industriell ein­ge­setzt wird sie bereits vom größten Fern­leitungs­betreiber für Gas, der Open Grid Europe GmbH in Essen.

FG / RK

Weitere Infos

 

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen