Analyse des regional und zeitlich aufgelosten Energieausgleichsbedarfs in Deutschland zur Kompensation volatiler Energieerzeugung unter Berucksichtigung der Leitungsbelastung im Ubertragungsnetz

摘要

Durch den massiven Ausbau der Erneuerbaren Energien kommt es bereits heute zu einem Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -nachfrage, welches sich in Zukunft noch weiter verstarken wird. Die lokale Verteilung dieses Ungleichgewichts in Deutschland und die Frage, ob sich eher ein Defizit elektrischer Energie (positiver Energieausgleichsbedarf) oder ein Uberschuss (negativer Energieausgleichsbedarf) einstellen wird, ist Untersuchungsgegenstand des Gemeinschaftsprojektes des Fraunhofer Instituts IOSB-AST in Kooperation mit dem Fraunhofer UMSICHT. Im Rahmen dieses Projektes erfolgte zunachst die Unterteilung Deutschlands in 146 Modellregionen. Die Clusterung vollzieht sich hauptsachlich auf Basis der realen Bevolkerungsdichte und dem Parameter der Zentralisation. Weiterhin fliesst die Gewichtung des Anteils der Industrie und des Gewerbes mit ein. Diese sind anschliessend auf Energieausgleichsbedarfe in den Jahren 2020, 2030 und 2050 analysiert worden. Das Ergebnis dieses Vorgehens und die zugrunde liegenden methodischen Ansatze sind Inhalte des vorliegenden Beitrags. Die Leitstudie 2010 des BMU ist Quelle der im Projekt ausgewahlten Szenarien [1] fur den Ausbau Erneuerbarer Energien, Last- und Einspeiseverhalten. Auf Basis der verfugbaren ENTSO-E Netzdaten wurde ein abstrahiertes Netzmodell mit starkem realen topologischen Bezug abgeleitet. Die eingesetzten Werkzeuge waren Matlab/Simulink mit der Toolbox MatPower [2] und fur die Durchfuhrung von Netzstudien anschliessend DIgSILENT PowerFactory [3]. Das erstellte Netzmodell berucksichtigt geographische Daten fur Netzknoten und Transportleitungen der 380-kV Ebene. Notwendige Abstraktionen betreffen den Anschluss der 146 Regionen an das Ubertragungsnetz. Dies ist durch geeignete Wahl von Referenzknoten erfolgt. Damit ist gewahrleistet, dass jede der 146 Regionen mit dem Untersuchungsnetz verbunden ist. In zwei methodischen Ansatzen erfolgt die Analyse des Energieausgleichsbedarfs. Ansatz A beschreibt ein idealisiertes Netz mit unendlicher Ubertragungskapazitat "Kupferplatte", Ansatz B berucksichtigt die moglichen Ubertragungsleistungen zwischen den Regionen "Transportkapazitat". Im Modell "Transportkapazitat" erfolgte die Modellierung einer Last- und Erzeugungsfluss-Optimierung (LEO - Last- und Erzeugungsfluss-Optimierung) im EMS-EDM PROPHET RPS [4], die unter Berucksichtigung verfugbarer Transportkapazitaten den Einsatz idealisierter Speicher und Kraftwerke berechnet. Merkmal der idealisierten Speicher war, dass diese mit potentiell unendlicher Leistung und Speichervermogen eingesetzt worden sind. Dadurch war es moglich einen lokalen Energieausgleichsbedarf zu ermitteln. Ein Kernergebnis ist, dass durch den zukunftigen Zubau der erneuerbaren Erzeugungsanlagen es zu einem signifikanten Anstieg des Energieausgleichsbedarf je Region kommen wird [5]. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Ex- und Importregionen. Die Identifikation dieser ist Ausgangspunkt fur Empfehlungen zukunftiger Bereitstellung von Transportnetzkapazitaten zwischen diesen.