TY - THES

T1 - Bewertung der Flexibilität netzgebundener Kraft-Wärme-Kopplung im zukünftigen Energieversorgungssystem

AU - Coss, Stefano

N1 - gesperrt bis null

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - In dieser Arbeit werden der zukünftige Einsatz und die Flexibilität der öffentlichen KWK- Anlagen zur Fernwärmeversorgung in Deutschland untersucht. Vor dem Hintergrund eines weiteren Ausbaus an Erneuerbaren Energien (EE) bis 2050 und einer damit immer volatileren Residuallast bei einem gleichzeitig sinkenden Wärmebedarf stellt sich die Frage, ob in diesem Spannungsfeld die KWK- Technologie durch den Ausbau bis 2020 und die Flexibilisierung durch Wärmespeicher und Elektroheizer in der Lage ist, sowohl ein hohes Maß an Residuallastdeckung als auch die Energieziele der Bundesregierung zu niedrigen Umweltauswirkungen und gleichzeitig niedrigen Kosten zu erreichen. Um diese Fragen zu beantworten werden die wichtigsten Einflüsse des zukünftigen Energiesystems sowie die daraus resultierenden Anforderungen an die KWK- Technologie erarbeitet. Zwei Szenarien des KWK- Ausbaus werden auf Basis der BMU- Leitstudie definiert und mithilfe der Kraftwerkseinsatzplanung des Fraunhofer IWES simuliert. Der Ausbau sowie die Flexibilisierung ergaben sich unter den definierten Rahmenbedingungen als wirtschaftlich. Durch sie konnten die Energieerzeugungskosten sowie die spezifischen CO2- Emissionen gesenkt werden. Das Energieziel von 25 % KWK- Nettostromanteil 2020 wurde beinahe erreicht. Die Residuallast 2050 wurde zu einem hohen Anteil durch KWK- Strom gedeckt. Die Flexibilisierung stellte sich als wirtschaftliche und kostengünstige Maßnahme zur Verbesserung dieser Kriterien heraus. Dennoch wurden die Erwartungen an die Vorteile durch den Einsatz von Wärmespeichern nicht erfüllt. Diese kamen 2050 weniger oft als erwartet zum Einsatz, die Elektroheizer übernahmen dagegen einen hohen Anteil der Wärmebereitstellung. Ein Grund dafür ist, dass die Kraftwerkseinsatzplanung nicht optimal geeignet war die Wärmespeicherbeladung zu optimieren. Bei einer verbesserten Kraftwerkseinsatzplanung, die in der Lage wäre den Zeithorizont für die Optimierung zu vergrößern, könnten Tageswärmespeicher sowie die Vorteile von Langzeitwärmespeichern besser untersucht werden. Es stellt sich weiter die Frage ob Großwärmepumpen die dominanten Elektroheizer 2050 ersetzen und damit die Spitzenlastkessel komplett substituieren könnten. Diese Großwärmepumpen könnten auch statt eines weiteren KWK- Ausbaus zum Betrieb von Fernwärmesystemen im Jahr 2050 eingesetzt werden. Die Beantwortung dieser Fragen sollte Ziel in weiteren Forschungstätigkeiten sein.

AB - In dieser Arbeit werden der zukünftige Einsatz und die Flexibilität der öffentlichen KWK- Anlagen zur Fernwärmeversorgung in Deutschland untersucht. Vor dem Hintergrund eines weiteren Ausbaus an Erneuerbaren Energien (EE) bis 2050 und einer damit immer volatileren Residuallast bei einem gleichzeitig sinkenden Wärmebedarf stellt sich die Frage, ob in diesem Spannungsfeld die KWK- Technologie durch den Ausbau bis 2020 und die Flexibilisierung durch Wärmespeicher und Elektroheizer in der Lage ist, sowohl ein hohes Maß an Residuallastdeckung als auch die Energieziele der Bundesregierung zu niedrigen Umweltauswirkungen und gleichzeitig niedrigen Kosten zu erreichen. Um diese Fragen zu beantworten werden die wichtigsten Einflüsse des zukünftigen Energiesystems sowie die daraus resultierenden Anforderungen an die KWK- Technologie erarbeitet. Zwei Szenarien des KWK- Ausbaus werden auf Basis der BMU- Leitstudie definiert und mithilfe der Kraftwerkseinsatzplanung des Fraunhofer IWES simuliert. Der Ausbau sowie die Flexibilisierung ergaben sich unter den definierten Rahmenbedingungen als wirtschaftlich. Durch sie konnten die Energieerzeugungskosten sowie die spezifischen CO2- Emissionen gesenkt werden. Das Energieziel von 25 % KWK- Nettostromanteil 2020 wurde beinahe erreicht. Die Residuallast 2050 wurde zu einem hohen Anteil durch KWK- Strom gedeckt. Die Flexibilisierung stellte sich als wirtschaftliche und kostengünstige Maßnahme zur Verbesserung dieser Kriterien heraus. Dennoch wurden die Erwartungen an die Vorteile durch den Einsatz von Wärmespeichern nicht erfüllt. Diese kamen 2050 weniger oft als erwartet zum Einsatz, die Elektroheizer übernahmen dagegen einen hohen Anteil der Wärmebereitstellung. Ein Grund dafür ist, dass die Kraftwerkseinsatzplanung nicht optimal geeignet war die Wärmespeicherbeladung zu optimieren. Bei einer verbesserten Kraftwerkseinsatzplanung, die in der Lage wäre den Zeithorizont für die Optimierung zu vergrößern, könnten Tageswärmespeicher sowie die Vorteile von Langzeitwärmespeichern besser untersucht werden. Es stellt sich weiter die Frage ob Großwärmepumpen die dominanten Elektroheizer 2050 ersetzen und damit die Spitzenlastkessel komplett substituieren könnten. Diese Großwärmepumpen könnten auch statt eines weiteren KWK- Ausbaus zum Betrieb von Fernwärmesystemen im Jahr 2050 eingesetzt werden. Die Beantwortung dieser Fragen sollte Ziel in weiteren Forschungstätigkeiten sein.

KW - KWK

KW - Energiewende

KW - Fernwärme

KW - Flexibilität

KW - Wärmespeicher

KW - co-generation

KW - district heating

KW - renewable energy

KW - flexibility

M3 - Masterarbeit

ER -