Analyse des regional und zeitlich aufgelösten Energieausgleichsbedarfs in Deutschland zur Kompensation volatiler Energieerzeugung unter Berücksichtigung der Leitungsbelastung im Übertragungsnetz

Abstract:
Durch den massiven Ausbau der Erneuerbaren Energien kommt es bereits heute zu einem Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -nachfrage, welches sich in Zukunft noch weiter verstärken wird. Die lokale Verteilung dieses Ungleichgewichts in Deutschland und die Frage, ob sich eher ein Defizit elektrischer Energie (positiver Energieausgleichsbedarf) oder ein Überschuss (negativer Energieausgleichsbedarf) einstellen wird, ist Untersuchungsgegenstand des Gemeinschaftsprojektes des Fraunhofer Instituts IOSB-AST in Kooperation mit dem Fraunhofer UMSICHT. Im Rahmen dieses Projektes erfolgte zunächst die Unterteilung Deutschlands in 146 Modellregionen. Die Clusterung vollzieht sich hauptsächlich auf Basis der realen Bevölkerungsdichte 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 Ansätze sind Inhalte des vorliegenden Beitrags. Die Leitstudie 2010 des BMU ist Quelle der im Projekt ausgewählten Szenarien [1] für den Ausbau Erneuerbarer Energien, Last- und Einspeiseverhalten. Auf Basis der verfügbaren 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 für die Durchführung von Netzstudien anschließend DIgSILENT PowerFactory [3]. Das erstellte Netzmodell berücksichtigt geographische Daten für Netzknoten und Transportleitungen der 380-kV Ebene. Notwendige Abstraktionen betreffen den Anschluss der 146 Regionen an das Übertragungsnetz. Dies ist durch geeignete Wahl von Referenzknoten erfolgt. Damit ist gewährleistet, dass jede der 146 Regionen mit dem Untersuchungsnetz verbunden ist. In zwei methodischen Ansätzen erfolgt die Analyse des Energieausgleichsbedarfs. Ansatz A beschreibt ein idealisiertes Netz mit unendlicher Übertragungskapazität „Kupferplatte“, Ansatz B berücksichtigt die möglichen Übertragungsleistungen zwischen den Regionen „Transportkapazität“. Im Modell „Transportkapazität“ erfolgte die Modellierung einer Last- und Erzeugungsfluss-Optimierung (LEO – Last- und Erzeugungsfluss-Optimierung) im EMS-EDM PROPHET(r) RPS [4], die unter Berücksichtigung verfügbarer Transportkapazitäten den Einsatz idealisierter Speicher und Kraftwerke berechnet. Merkmal der idealisierten Speicher war, dass diese mit potentiell unendlicher Leistung und Speicherver-mögen eingesetzt worden sind. Dadurch war es möglich einen lokalen Energieausgleichsbedarf zu ermitteln. Ein Kernergebnis ist, dass durch den zukünftigen 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 für Empfehlungen zukünftiger Bereitstellung von Transportnetzkapazitäten zwischen diesen.