Optimale und robuste Kombination von Energiespeichersystemen im Rahmen eines massiven Ausbaus erneuerbarer Energien - ein Fokus auf Wasserkraft und Wasserspeicher

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. András Bárdossy; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Nowak; Professorin Dr.-Ing. Silke Wieprecht
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351135640

Um die Umweltauswirkungen unserer energiehungrigen Gesellschaft zu reduzieren, müssen erneuerbare Energien weiter ausgebaut werden. Erneuerbare Energien unterliegen jedoch erheblichen Schwankungen und Unsicherheiten bedingt durch Meteorologie und Hydrologie. Diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden - entweder durch hochdynamische konventionelle Kraftwerke oder durch Energiespeichersysteme (ESS).Vor allem ESS bieten ein breites Spektrum an Dienstleistungen (Energieverschiebung, Flexibilität gegenüber Unsicherheiten, Netzstabilität, Engpassmanagement). Da es kein ideales einzelnes ESS gibt, gilt: das Stromsystem und ein entsprechender Mix aus ESS muss fein aufeinander abgestimmt sein, um kostenoptimal eine umweltverträgliche und robuste Stromversorgung sicherzustellen. Diesen Mix zu bestimmen stellt ein herausforderndes Optimierungsproblem dar und fordert neue Lösungstechniken um die Rechenzeiten zu bewältigen.Das beantragte Projekt zielt darauf ab, die optimale Kombination von ESS mit Schwerpunkt auf Wasserkraft zu finden. Wir verfolgen folgende Hypothesen: (1) eine systematische Analyse der Modellierungsdetails von Wasserkrafttechnologien und ESS ist notwendig um die vielen Systemdienstleistungen abbilden zu können; (2) das existierende Stromsystem muss um einen robusten und gezielt zusammengestellten Mix aus Wasserkraft und ESS ergänzt werden; (3) der Wassersektor kann mit weiterer Flexibilität zur Energiewende beitragen, aber dazu müssen dessen Randbedingungen (Trinkwasser, Flussökologie) modelliert werden; und (4) dieser Mix kann durch Optimierung gefunden werden, es müssen aber die Rechenzeiten erheblich reduziert werden.Unser Ansatz bietet vier Neuheiten: (1) die Optimierung um den Mix zu finden wird die verschiedenen ESS-Dienstleistungen berücksichtigen; (2) die Fähigkeit der ESS in der Handhabung von Unsicherheiten der Energieträger (Wasser-, Wind- und Sonnenkraft) in Wetterprognosen und Klimawandel wird abgebildet; (3) im Lichte zukünftiger Energiesysteme werden sektorielle Interaktionen relevanter. Daher werden wir die Wechselwirkungen zwischen dem Wasser- und Energiesektor in unserem Modell abbilden, z.B. wie Infrastruktur in der Wasserversorgung (z.B. Pumpwerke, Trinkwasserspeicher, Entsalzungsanlagen) und Mehrzweckstauseen zur Energiewende beitragen können, oder wie Abflussspitzen im Unterlauf von Wasserkraftwerken vermieden werden können; (4) die Rechenzeit des Ansatzes reduzieren wir durch eine gezielte Kombination von Heuristiken und Modellreduktionen um eine gute Startlösung zu finden und den Suchraum der Optimierung einzuschränken.Unser Optimierungsansatz ermöglicht sowohl die Rolle der einzelnen ESS als auch die Synergien zwischen den ESS, einschließlich Flexibilitäten aus dem Wassersektor und Wasserkraft, zu identifizieren. Solche Ansätze tragen zu einer transparenten Entscheidungsunterstützung in Energiebehörden bei, um unterschiedliche Energiepolitiken zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Chile, USA
• Kooperationspartner: Professor Gregory Characklis, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Rodrigo Palma-Behnke