Forschungsprojekt Interaktion Strom, Wärme, Verkehr

Projektpartner	IFEU, IBP, Stiftung Umweltenergierecht
Auftraggeber	Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
Förderung	Forschungszentrum Jülich GmbH
Projektlaufzeit	2012 – 2015
Bearbeitende Fraunhofer IEE	Norman Gerhardt (Projektleiter), Angela Scholz, Fabian Sandau, Henning Hahn

 

Klimawandel und Ressourcenknappheit erfordern eine Transformation der Energieversorgung. Eine Vision für ein zukünftiges Energiesystem besteht in einer nachhaltigen CO2-neutralen Energieversorgung auf Basis erneuerbaren Ressourcen. Im Energiekonzept strebt die Bundesregierung für das Jahr 2050 einen Anteil von 60% Erneuerbarer Energien (EE) am Bruttoendenergieverbrauch an. Dabei wird bereits heute deutlich, dass der dynamisch wachsende, regenerative Strombereich – insbesondere Wind- und Solarenergie – tragende Säulen der Energieversorgung bilden werden. Der Vorteil dieser Ressourcen liegt in ihrem großen nachhaltigen Potenzial. Ihre größte Herausforderung liegt in der Beherrschung der fluktuierenden Einspeisecharakteristik. Während diese Fluktuationen heute noch von einem flexiblen Kraftwerkspark und zukünftig auch durch großräumigen Stromtransport teilweise ausgeglichen werden können, sind tendenziell immer häufiger Situationen mit regenerativen Überschüssen zu erwarten. Zudem müssen auch Situationen mit geringer EE-Einspeisung aus Wind- und Solarenergie überbrückt werden.

Daraus ergibt sich die Fragestellung, wie fluktuierende Energiequellen unter hohen Synergien wirtschaftlich genutzt und Angebotslücken überbrückt werden können. Da Strom (100%-Exergie) zunehmend zur Primärenergiequelle wird und auch Teile des Bedarfs in den Sektoren Wärme/Kälte und Verkehr decken wird, ergeben sich neue Verbindungen und Abhängigkeiten zwischen den Energiesektoren. Es entstehen aber auch neue Möglichkeiten in der Transformation der Energieversorgung, die noch nicht hinreichend erforscht sind.

So können elektrisch angetriebene E-KFZ, Wärmepumpen und Klimatisierung zum Lastmanagement (DSM) eingesetzt werden. Neben der Möglichkeit des Ausgleichs der Fluktuationen kann damit auch zusätzlich die Effizienz des Gesamtsystems deutlich gesteigert werden. Des Weiteren kann durch die Umwandlung von EE-Strom in einen chemischen Energieträger (H2 oder CH4 bzw. SNG), diese Energie zur Deckung des Kraftstoffbedarfs (Schwertransport, Range-Extender) oder zu einem gewissen Anteil für Prozesswärme verwendet werden. In Überschusssituationen kann Prozesswärme auch direkt elektrisch erzeugt werden.

Ziel des Projektes ist es daher, eine unter Umwelt- und Effizienzaspekten, Kosten und Umsetzungsaspekten optimale Verknüpfung der Sektoren regenerative Stromerzeugung, Verkehr und Wärme/Kälte unter Einsatz von integrierten sektorübergreifenden Modellen abzuleiten. Aufbauend auf dieser Analyse soll eine Roadmap zur Weiterentwicklung des Verkehrs- und Wärmesektors in Richtung des optimierten Gesamtsystems entwickelt werden, welche Hinweise zur Weiterentwicklung der politischen Rahmenbedingungen und der Gestaltung der Energiepolitik gibt.

Modellierung: Um die genannten Fragestellungen zu adressieren wird im Rahmen des Projektes eine sektorübergreifende Zubauoptimierung entwickelt, die ein optimales Stromversorgungssystem unter Einhaltung der angestrebten CO2-Mindnerungsziele erzeugt. Dabei werden technologische Transformationsprozesse in den Sektoren Wärme(Residual- und Industriewärme) und Verkehr berücksichtigt und im Wärmesektor für das Gesamtsystem mitoptimiert.

Durch eine dynamische Simulation des sektorübergreifenden Energieversorgungssystems soll der Einfluss der verschiedenen Wärmeszenarien auf die Effizienz und die Versorgungssicherheit des Gesamtsystems untersucht werden.