Details zum Energiewende-Planer (Teil 2)

Einige Hintergrundinformationen

Die vollständige Beschreibung des Programmes kann hier heruntergeladen werden. Nachfolgend sollen die wesentlichen Programm-Highlights beleuchtet werden.

Die sektoriell miteinander verknüpften Energieverbraucher und -erzeuger werden gemäß dem Prinzip „Kupferplatte“ behandelt. Das heißt es wird davon ausgegangen, dass sogenannte transiente Prozesse (z.B. das Hochfahren von Kraftwerken, Einschalt- und Ausschaltprozesse, andere mit Verzögerungen bei der Energieübertragung versehene Prozesse) die wesentlichen Energieflüsse innerhalb des Energieversorgungs­systems nicht beeinflussen. Ebenso werden Netzübertragungsverluste nicht berücksichtigt. Somit ist das Programm für eine systemische, nicht aber für eine konkrete technische Auslegung des erneuerten Energieversorgunssystems geeignet. Die Ergebnisse sind somit aus Systemsicht als leicht optimistisch zu betrachten.

Der Energiewende-Planer greift auf Daten aus der Vergangenheit zurück und projiziert diese in die Zukunft. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die wesentlichen Charakteristiken des Energieeintrags sowie des Energieverbrauchs auch in Zukunft nur unwesentlich ändern werden.

Datenbasis

Als Datengrundlage zu den zeitlichen Verläufen der elektrischen Last, der Erzeugerleistungen von Windkraft onshore und offshore sowie der Photovoltaik wird auf Daten von der Transparency Platform der ENTSO-E zurückgegriffen, die für die Jahre 2012 bis 2018 in 15- und 60-minütiger Auflösung vorliegen. Weiterhin liegen in täglicher Auflösung die Daten der installierten Leistungen von Windkraft- und Photovoltaik vor. Normierte Leistungsverläufe für den Wärmeverbrauch sowie den Verbrauch von Elektroautos werden aus eigenen synthetisch erzeugten Modellen zur Verfügung gestellt, die vom Nutzer des Energiewende-Planers auch durch eigene Verlaufsmodelle ersetzt werden können.

Die Verwendung langjähriger Verläufe hilft bei der Berücksichtigung langfristiger Effekte der Energiezufuhr. Hierdurch wird der Einfluss wind- und sonnenstarker bzw. -schwacher Jahre auf den tatsächlichen Speicherbedarf berücksichtigt.

Die aus Messungen ermittelten Verläufe von Wind on-/offshore und Photovoltaik werden vor Beginn der eigentlichen Berechnungen auf die jeweiligen installierten Leistungen normiert. Auf diese Weise erhält man Windleistungs- und Solarleistungsprofile, die während des Programmlaufs mittels Faktoren an den mittels Dateneingabe definierten Lastbedarf angepasst werden. Ebenso wird der Verlauf der Strom-Last normiert.

Die Datenbasis liegt in Form von EXCEL®-Dateien vor und kann bei Bedarf auch mit anderen vom Nutzer zu definierenden Datenreihen dargestellt werden.

Iterationsschleifen

Einfachere Tools nutzen die Energiebilanzierung mit Hilfe von Tabellen-Kalkulationsprogrammen. Damit lassen sich aber die energetischen Verluste im Energieversorgungssystem und deren Rückwirkungen auf die tatsächlich zu installierenden oder zu importierenden Leistungen nicht vollständig erfassen. Die Verluste spielen insbesondere bei einer umfangreichen Verwendung von Wasserstoff- oder sogar Methanspeichern innerhalb einer entsprechenden Power-to-Gas-to-X-Kette eine Rolle. Auch die Nutzung von Smart-Grid kann mittels derartiger einfacher Bilanzierungen nicht korrekt abgebildet werden. Beides, die Ermittlung energetischer Verluste und des Einflusses von Smart-Grid, wird im Energiewende-Planer mit Hilfe dreier ineinander geschachtelter Iterationsschleifen berücksichtigt.

Optimierung Wind/Solar

Der Einträge von Wind- und Sonnenenergie ins Energieversorgungssystem verlaufen in Deutschland antizyklisch. Während aus statistischer Sicht im Sommer mit viel Sonnenenergie bei wenig Windenergie zu rechnen ist, sind die Verhältnisse in der kalten Jahreszeit umgekehrt. Insofern ergänzen sich Wind- und Sonnenergie im Sinne einer Vergleichmäßigung der Energiezufuhr. Eine auf diesem Sachverhalt gegründete optimierte Anpassung der installierten Wind- und PV-Leistungen führt zu einer Minimierung des Speicherbedarfs. Der Energiewende-Planer führt diese Optimierung mit Hilfe der Least-Squares-Methode unter Berücksichtigung des Lastverlaufs und von Restriktionen durch die im Eingabe-Menü angegeben installierten Leistungen durch. Die Optimierung erfolgt bei jedem Iterationsdurchlauf aufs neue.

Smart Grid

Einfachere Berechnungsverfahren berücksichtigen den Einfluss von Smart-Grid auf die Leistungsauf­nahme durch deren pauschale Glättung mit Hilfe mathematischer Tiefpass-Filter. Bei genauerer Betrachtung entspricht dies aber nicht der tatsächlichen Glättung durch die zeitliche Verschiebung des Energiebedarfs. Diese muss auf die tatsächlich verfügbare Leistung und den tatsächlich erfolgenden Verbrauch angepasst werden, was der Energiewende-Planer durch ein intelligentes Anpassungsverfahren berücksichtigt.

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Anwendungsbeispiele

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