Speicherbedarf und Systemkosten in der Stromversorgung für energieautarke Regionen und Quartiere

Möller, Caroline GND

Energieautarkie ist ein zentrales Thema im Transformationsprozess zu einer Versorgung aus 100 % Erneuerbaren Energien, sowohl auf Regions- als auch auf Quartiersebene. Im regionalen Kontext wird hauptsächlich bilanzielle Vollautarkie angestrebt, auf Quartiersebene hingegen real energetische Teilautarkie. Für die bilanziellen Konzepte auf regionaler Ebene ist der Ausbau von Speichern nicht erforderlich. Auf Quartiersebene hingegen sind teilautarke Konzepte mit Stromspeichern weit verbreitet. Ausgehend von den regionalen Bestrebungen nach Autarkie, den realen Umsetzungsmöglichkeiten auf Quartiersebene und der Notwendigkeit von Speichern im Gesamtsystem wird der Einfluss der Größe der teilautarken Systeme auf Regions- und Quartiersebene auf den Speicherbedarf und die resultierenden Systemkosten untersucht. Damit wird die Frage beantwortet, bis zu welchem Grad Energieregionen und energetische Quartiere ihre autarken Versorgungsziele unter Berücksichtigung von Speichern sinnvoll umsetzen können. Zur Beantwortung der Fragestellungen wurden Energiesystemanalysen auf Basis von linearer Optimierung für eine Bandbreite an Systemgrößen aus regionaler und Quartiersperspektive durchgeführt und aus technisch-ökonomischer Sicht bewertet. Basis für die Untersuchungen ist die Masterplan-Modellregion „Osnabrück-Steinfurt“. Auf Quartiersebene wurden fiktive und reale Zusammenschlüsse von Haushalts-, Gewerbe- und Landwirtschaftsgebäuden mit unterschiedlichen Photovoltaik-Ausbauszenarien abgebildet. Darüber hinaus wurden, ergänzend zum systemischen Optimum, resultierende Speicherbedarfe, die sich aus einer betriebswirtschaftlichen Rentabilität ergeben, untersucht. Auf Regionsebene zeigen die Ergebnisse, dass die Größe des teilautarken Systems einen starken Einfluss auf den Speicherbedarf und die Systemkosten hat. Die Versorgung von Regionen auf Landkreisebene lässt sich unter bestimmten Voraussetzungen im Bereich von 80 bis 90 % real autark abbilden. Auf Gemeindeebene ist eine autarke Betrachtung der Stromversorgung aufgrund der starken Heterogenität der Gemeinden in Erzeugung und Verbrauch nicht sinnvoll. Die Untersuchungen auf Quartiersebene zeigen deutliche Synergien bei der Vernetzung einzelner Haushalte und der Nutzung eines gemeinsamen Quartierspeichers. Im Vergleich zur Regionsebene führt die Umsetzung von Speichern auf Quartiersebene zur Erreichung vergleichbarer Autarkiegrade zu deutlich höheren spezifischen Speicherkapazitäten und Systemkosten. Aus Akteurssicht jedoch lohnt sich ihre Investition und führt zu ähnlich hohen Autarkiegraden wie auf Regionsebene.

Energy self-sufficiency is a central issue in the transformation process towards a 100% renewable energy supply, both at regional and neighbourhood level. Regarding the regional context, the main aim is to achieve full balance-sheet self-sufficiency, whereas the neighbourhood level strives for real partial energy self-sufficiency. The expansion of storage systems is not necessary for the balance sheet concepts at the regional level. At the neighbourhood level, on the other hand, semiautonomous concepts with electricity storage facilities are widespread. Based on the regional efforts towards self-sufficiency, the real implementation possibilities at neighbourhood level and the necessity of storage facilities in the overall system, this dissertation explores the influence of the size of semi-autonomous systems at regional and district level on the storage requirements and the resulting system costs. This thus answers the question to what extent energy regions and energetic neighbourhoods can meaningfully implement their self-sufficient supply targets taking storage facilities into account. In order to address these issues, energy system analyses were carried out on the basis of linear optimisation for a range of system sizes from a regional and district perspective and evaluated from a technical-economic point of view. The basis for the investigation is the model region „Osnabrück- Steinfurt“ served as a test-bed model region for the following analyses. At neighbourhood level, fictitious and real associations of household, commercial, and agricultural buildings with different photovoltaic expansion scenarios were mapped. In addition to the systemic optimum, the storage requirements resulting from an economic profitability were investigated. At the regional level, the results show that the size of the semi-autonomous system has a strong influence on storage requirements and system costs. The supply of regions on the district level can be mapped under certain conditions within the range of 80 to 90% self-sufficiency. At the municipal level, a self-sufficient consideration of the power supply is not meaningful due to the strong heterogeneity of the municipalities in production and consumption. The investigations at the neighbourhood level show clear synergies in the networking of individual households and the use of a shared neighbourhood storage facility. Compared to the regional level, the implementation of storage facilities at the neighbourhood level leads to significantly higher specific storage capacities and system costs in order to achieve comparable degrees of self-sufficiency. From the point of view of the actors, however, their investment is worthwhile and leads to similarly high degrees of selfsufficiency comparable to the regional level.

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Möller, Caroline: Speicherbedarf und Systemkosten in der Stromversorgung für energieautarke Regionen und Quartiere. Clausthal 2020.

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