Integration erneuerbarer Energien mit Power-to-Heat in Deutschland

Potentiale zur Nutzung von Stromüberschüssen in Fernwärmenetzen

verfasst von: Dominik Eller

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : BestMasters

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dominik Eller untersucht den Einsatz von großtechnischen Elektrodenkesseln, mit denen Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien in Heißwasser oder Dampf für Fernwärmenetze umgewandelt werden können. Dabei werden sowohl gegenwärtige als auch zukünftige Potentiale und Einsatzmöglichkeiten der als „Power-to-Heat“ bekannten Technologie ausgearbeitet. Zur Bezifferung des Potentials werden die in zukünftigen Stromsystemen entstehenden Stromüberschüsse sowie der Fernwärmeverbrauch in stündlicher Auflösung für ganz Deutschland simuliert. Durch Gegenüberstellung der zeitgleichen Strom- und Fernwärmelastgänge werden die mit Elektrodenkesseln in Fernwärmenetze integrierbaren Stromüberschüsse quantifiziert. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit bewertet und das zusätzliche Potential durch den Einsatz von Wärmespeichern evaluiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Einleitung der Masterarbeit wird für die Darstellung der Problematik und Relevanz des Themas, der Beschreibung der Aufgabenstellung und Forschungsfrage sowie der Methodik genutzt.

Dominik Eller

2. Grundlagen Power-to-Heat

Zusammenfassung

Im Grundlagenkapitel werden zunächst wichtige Begriffe definiert und das Grundprinzip von P2H sowie Kritik, Systemflüsse und Anwendungsmöglichkeiten vorgestellt.

Dominik Eller

3. Ausbau erneuerbarer Energien

Zusammenfassung

Dieses Kapitel wird dem mit dem historischen Ausbau EE in Deutschland der Angebotsseite der Technologie P2H gewidmet. Dabei wird die vergangene Entwicklung von erzeugten Energiemengen und installierten Leistungen EE sowie des Stromverbrauchs näher betrachtet. Zudem werden angestrebte Ausbauziele und damit verbundene Herausforderungen und Lösungsansätze vorgestellt.

Dominik Eller

4. Simulation von Stromsystemen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die Methodik und Ergebnisse der Modellierung stündlicher Zeitreihen für die Gegenwart und ein zukünftiges Stromsystem mit 40, 60 und 80% EE am BSV vorgestellt. Ziel der Simulation ist die Berechnung eines Gesamtbedarfs an Ausgleichsmaßnahmen, der aus aktueller Sichtweise in den verschiedenen zukünftigen Stromsystemen erforderlich sein wird, um die fluktuierende Erzeugung aus Wind und PV auszugleichen. Daraus kann das angebotsseitige theoretische Potential der Technologie P2H abgeleitet werden. Weil das kontinuierliche Zitieren der Daten in den Grafiken und Tabellen die Lesbarkeit der Arbeit verschlechtert, werden zunächst sämtliche Quellen der verwendeten Daten in einer Tabelle angeführt.

Dominik Eller

5. Wärmenachfrage in Deutschland

Zusammenfassung

Nach Ausarbeitung des Angebots überschüssigen Wind- und Photovoltaikstroms bei verschiedenen Anteilen EE am BSV soll nun die Wärmenachfrage getrennt betrachtet werden. Dabei wird zunächst eine grobe Übersicht über den Gesamtwärmebedarf Deutschlands gegeben, um im nächsten Schritt detailliert auf den Verbrauch von Fernwärmenetzen einzugehen. Zusätzlich wird geschildert, welcher Anlagenbestand gegenwärtig zur Deckung des Fernwärmebedarfs besteht und Zukunftsszenarien für die Entwicklung von Fernwärmenetzen aufgezeigt. Abschließend wird mit den gewonnenen Erkenntnissen ein stundenscharfer Fernwärmelastgang für Deutschland der Jahre 2011 und 2012 modelliert.

Dominik Eller

6. Status Quo Elektroheizer in Fernwärmenetzen

Zusammenfassung

Inhalt dieses Kapitels ist einerseits die Ausarbeitung technischer und rechtlicher Grundlagen von Elektrodenheißwasserkesseln (EHK) und Wärmespeichern und anderseits das Aufzeigen gegenwärtiger Einsatzund Vermarktungsmöglichkeiten.

Dominik Eller

7. Potential von Power-to-Heat

Zusammenfassung

Im letzten Kapitel der Masterarbeit werden die in Kapitel 4.3 erarbeiteten stündlichen Residuallastprofile dem in Kapitel 5.6 modellierten stündlichen Wärmelastgang Deutschlands gegenübergestellt, um herauszufinden, welche überschüssigen Strommengen zukünftig mit Elektroheizern in Fernwärmenetze integriert werden könnten. Durch die Berücksichtigung zwei verschiedener Ausbaupfade und zwei unterschiedlicher meteorologischer Basisjahre entstehen für die Stromsysteme mit Anteilen von 40, 60 und 80% EE am BSV je vier unterschiedliche und in Summe 12 Szenarien.

Dominik Eller

8. Zusammenfassung und Schlussfolgerung

Zusammenfassung

Eine Analyse des gegenwärtigen Stromsystems in Deutschland zeigte, dass bei aktuellem Ausbaugrad noch keine Perioden auftreten, in denen die Stromproduktion erneuerbarer Energien (EE) den bundesweiten Stromverbrauch überschreitet. Obwohl in Anbetracht der Summenbilanzen noch keine Überschüsse bestehen, werden nach Krzikalla et al in Schleswig-Holstein, wo eine besonders hohe Dichte an Windkraftanlagen besteht, bereits bis zu 25% des erzeugbaren Stroms abgeregelt. Derartige Situationen treten auf, weil die Umstände einer hohen Einspeisung EE und gleichzeitig niedriger Verbraucherlast sowie der Betrieb von unflexiblen Kraftwerken und die Notwendigkeit von Must-Run-Leistungen zu regionalen Netzengpässen führen, welche das Abregeln volatiler Erzeugungseinheiten wie Windkraftanlagen erfordern.

Dominik Eller

Backmatter

Titel: Integration erneuerbarer Energien mit Power-to-Heat in Deutschland
verfasst von: Dominik Eller
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-10561-7
Print ISBN: 978-3-658-10560-0
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-10561-7