Deutschland, ein Solarmärchen?: Die Zweite Phase der Energiewende zwischen Richtungsstreit und Systemintegration

Die fortgeschrittene Phase der Energiewende ist, neben einer zunehmenden Notwendigkeit zur Systemintegration, vor allem geprägt durch das Zutage treten grundsätzlicher Richtungsentscheidungen – der Schwerpunkt verschiebt sich also vom ‚Ob‘ zum ‚Wie‘. Heutige Infrastrukturentscheidungen begründen dabei ganz unterschiedliche Energiezukünfte, welche wiederum über sozio-technische Pfadabhängigkeiten auf Dauer gestellt werden. Die Arbeit rückt zunächst die hierfür maßgeblichen Stellschrauben in den Vordergrund und beleuchtet deren wirtschaftliche und technische Grundlagen sowie die Bandbreite konkurrierender politischer Steuerungsoptionen. Auf dieser Datengrundlage wird im Rahmen einer Clusteranalyse die Aktualisierung des politikfeldspezifischen Akteurskoalitionsmodells vorgeschlagen. Im Mittelpunkt steht dabei die strukturbildende Unterscheidung zwischen einer eher zentralen und einer eher dezentralen Energiezukunft. Die so skizzierte ‚Landkarte der Energiewende‘ ist weiterhin eingebettet in eine Untersuchung des Energiediskurses auf Akteurs- und Medienebene sowie durch eine Politikfeldanalyse, in der aktuelle steuerungspolitische Problemstellungen und Handlungsmuster auf Basis technologischer Fallbeispiele beleuchtet werden. Die Arbeit ist ein Ergebnis der Forschung im interdisziplinären Boysen-TU Dresden Graduiertenkolleg „Nachhaltige Energiesysteme – Interdependenz von technischer Gestaltung und gesellschaftlicher Akzeptanz.

Modellgestützte Untersuchung des wirtschaftlichen Potenzials sektorgekoppelter Wärmeversorgung in Wohngebäuden im Kontext der Transformation des Energiesystems in Deutschland

Im Kontext der Energie- und Klimaziele der Bundesregierung untersucht diese Arbeit das wirtschaftliche Potenzial sektorgekoppelter Wärmeerzeugertechniken in Wohngebäuden zur Flexibilisierung der Elektrizitätsversorgung in Deutschland. Dazu werden ein integriertes Energiesystemmodell zur Langfristplanung der Energieversorgung der Wohngebäude sowie ein Entscheidungsmodell zur Energieversorgung einzelner Wohngebäude entwickelt und angewendet

Digitale Systeme und Dienste für die Energiesystemtransformation

Das vorliegende Projekt als Keimzelle bzw. Vorstudie für weitergehende Forschungen und Entwicklungen mit dem Fokus der Digitalisierung zur Energiewende hat die Aufgabe, die wesentlichen Möglichkeiten von digitalen Systemen und Diensten im Rahmen der Energiewende wissenschaftlich zu strukturieren. Es soll eine Evaluierung von Rahmenbedingungen, Akteuren, Themenfeldern und von bereits laufenden Aktivitäten im Rahmen dieser Vorstudie stattfinden und darauf aufbauend eine Forschungsagenda für NRW zum Themengebiet der Digitalisierung zur Energiesystemtransformation erarbeitet werden. Der Bezug zu NRW bezieht sich auf die vorhandene oder auszubauende Kompetenz in den Bereichen Wissenschaft und Industrie in NRW

Moderne Stromnetze als Schlüsselelement einer nachhaltigen Energieversorgung. Endbericht zum TA-Projekt

Gegenwärtig befindet sich das deutsche Energiesystem in einem Umbruchprozess historischen Ausmaßes. Bis 2030 sollen erneuerbare Energien etwa die Hälfte und bis 2050 mindestens 80 % des Strombedarfs decken. Dies stellt teilweise völlig neue Anforderungen an die Stromnetze, sodass aktuell ein erheblicher Handlungsdruck erwachsen ist, die Netze aus- bzw. umzubauen sowie neue Betriebskonzepte zu entwickeln, damit eine zuverlässige und sichere Stromversorgung auch weiterhin gewährleistet werden kann. Der TAB-Bericht gibt einen breiten Überblick über den Stand des Wissens und der Diskussion zu vielen der mit dem Aus- und Umbau der Stromnetze verbundenen Fragestellungen. Dazu gehören neben dem Umfang des Aus- und Umbaubedarfs die Identifikation von modernen Technologien und Betriebsweisen für Stromnetze sowie die Beschreibung ihres Entwicklungsstands bzw. Forschungs- und Entwicklungsbedarfs. Da eine Fokussierung allein auf technologische Aspekte zu kurz greifen würde, wurde eine Reihe weiterer relevanter Einflussfaktoren und Themenbereiche in den Blick genommen. Dies betrifft zum einen ökonomische Aspekte, u. a. die Kosten und Nutzen des Einsatzes bestimmter Technologien, beispielsweise von sogenannten Smart Metern. Zum anderen werden aber auch Dimensionen der Folgewirkungen in den Blick genommen, insbesondere Datenschutzfragen in modernen Stromnetzen, die mehr und mehr mit Informationsnetzen verschmelzen (Smart Grid), sowie mögliche Auswirkungen auf die Umwelt bzw. die Gesundheit. Last but not least werden Fragen der öffentlichen Beteiligung und der Akzeptanz des Baus von Stromtrassen thematisiert, die in letzter Zeit enorm an Bedeutung gewonnen haben. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 9 I. EINLEITUNG 25 II. STROMNETZE UND STROMVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND 33 1. Systemdienstleistungen 36 2. Trends und Treiber für die zukünftige Entwicklung der Netze 39 3. Smart Grid 41 4. Stromnetz im Verhältnis zu anderen Flexibilisierungsoptionen 47 III. AUS- UND UMBAUBEDARF DER STROMNETZE 49 1. Übertragungnetze 49 1.1 Kritik am Verfahren 52 1.2 Kritik an Annahmen und Ergebnissen 57 1.3 Schlussfolgerungen, diskutierte Lösungsvorschläge 59 2. Verteilnetze 61 3. Auswirkungen eines verzögerten Netzausbaus 68 IV. MODERNE TECHNOLOGIEN UND BETRIEBSWEISEN FÜR STROMNETZE 71 1. Übertragungsnetze 71 1.1 Freileitungsmonitoring 71 1.2 Hochtemperaturleiterseile 72 1.3 Erhöhung der Übertragungsspannung 73 1.4 Leistungselektronik zur Steuerung von Lastflüssen 73 1.5 Wide Area Monitoring Systems 74 1.6 Erdkabel 76 1.7 Phasenschiebertransformatoren 78 1.8 Hochspannungsgleichstromübertragung 79 1.9 Supraleitende Komponenten 81 1.10 Gesamtübersicht der Technologien und Verfahren 82 2. Verteilnetze 84 2.1 Regelbare Ortsnetztransformatoren 84 2.2 Einspeisenetze 86 2.3 Hochtemperatursupraleiterkabel 87 2.4 Technologien zur dezentralen Bereitstellung von Systemdienstleistungen 88 2.5 Sensorik im Netz/Automatisierung 90 3. Smart Meter 91 3.1 Warum Smart Meter? 92 3.2 Ordnungsrahmen 95 3.3 Kosten-Nutzen-Analyse 96 3.4 Ländervergleich 101 3.5 Datenschutz und Datensicherheit bei Smart Meter 102 V. ZUKUNFTSSZENARIEN FÜR DAS STROMNETZ 109 1. Europäisches Supergrid 109 2. Die Szenarien des Umweltbundesamtes 112 2.1 Szenario »International Grosstechnik« 113 2.2 Szenario »Regionenverbund« 113 2.3 Szenario »Lokal autark« 115 3. Betrieb des Stromnetzes in regionalen Zellen 117 3.1 Definition und Abgrenzung 118 3.2 Funktionalität und technische Umsetzung 119 3.3 Mögliche technische Varianten 121 3.4 Bewertung 123 3.5 Möglicher Regelungsbedarf 131 3.6 Fazit 134 4. Digital Grid 135 VI. ZUVERLÄSSIGKEIT UND SICHERHEIT 137 1. Kosten von Stromausfällen 138 2. Versorgungsqualität 141 2.1 Smart Grid: »safety« und »security« 144 2.2 Qualität der Stromversorgung als Produktmerkmal 151 VII. UMWELT- UND GESUNDHEITSAUSWIRKUNGEN 153 1. Auswirkungen auf die Umwelt 153 1.1 Freileitungen 154 1.2 Erdleitungen 161 1.3 Elektromagnetische Felder durch Freileitungen, Erdkabel und gasisolierte Leitungen 166 1.4 Fazit 171 2. Mögliche Risiken für die Gesundheit 171 2.1 Allgemeines zu Feldwirkungen und Grenzwerten 172 2.2 Wirkmodelle und Bewertung von Evidenz 173 2.3 Wissenschaftliche Bestandsaufnahme und Bewertung biologischer Wirkungen 180 2.4 Grenzwertdiskussion 186 2.5 Forschungsbedarf 192 2.6 Strategien der Risikobewertung und des Risikomanagements 192 2.7 Fazit 193 VIII. AKZEPTANZ DES STROMNETZAUSBAUS 195 1. Konfliktfelder beim Netzausbau 196 2. Öffentliche Wahrnehmung und das Beteiligungsparadoxon 197 3. Bürgerbeteiligung bei der Planung des Netzausbaus 198 4. Erfolgsfaktoren für Bürgerbeteiligungsverfahren 201 5. Fazit 203 LITERATUR 205 1. In Auftrag gegebene Gutachten 205 2. Weitere Literatur 205 ANHANG 229 1. Tabellenverzeichnis 229 2. Abbildungsverzeichnis 23

Analyse der Integration erneuerbarer Energien in Deutschland und Europa unter Berücksichtigung der Versorgungssicherheit und dezentraler Flexibilitäten

Das Vorhaben greift den Forschungsbedarf auf, der aus dem vorangehenden Vorhaben INTEEVER (FKZ 03ET4020) hervorgegangen ist. Dieser betrifft zum einen den Grad der Genauigkeit und der Differenzierung der modelltechnischen Abbildung von Verbrauchern und Erzeugern im deutschen und europäischen Stromsystem und damit insbesondere die Modelleingangsdaten, die einen relevanten Einfluss auf die Ergebnisse haben. Zum anderen wird eine enge Kopplung von Energiesystemmodellierung und Leistungsflusssimulation im europäischen Verbundnetz angestrebt

Energie für unser Europa

ENERGIE FÜR UNSER EUROPA Energie für unser Europa (Rights reserved) ( -

Erzeugungssicherheit und Wohlfahrt in gekoppelten Elektrizitätsmärkten

In dieser Dissertation wird ein agentenbasiertes Simulationsmodell für Stromgroßhandelsmärkte entwickelt. Dieses wird angewendet, um die Entwicklung von Strommärkten in Bezug auf Erzeugungssicherheit und Wohlfahrt sowie unter verschiedenen Ausgestaltungsoptionen zu analysieren. Die Anwendung erfolgt im Rahmen einer Fallstudie für die Region Zentralwesteuropa (Deutschland, Frankreich, Belgien, Niederlande) und den Zeitraum 2012-2030

5. Fachkolloquium der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL): Technische Universität Ilmenau 1. - 2. Oktober 2009

Zum 5. Male veranstaltet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL) ein Fachkolloquium. Es dient natürlich der Bestandsaufnahme dessen, was aktuelle Forschungsschwerpunkte der Institute der WGTL sind. Wie könnten sich die unterschiedlichen Akzentsetzungen besser erkennen lassen als in der Forschung. Technische Logistik, oder um den neuen In-Begriff „Intralogistik“ zu verwenden, operiert nicht abstrakt fern der Realität sondern ist als angewandte Wissenschaft auf den Kontakt mit der Praxis, auf die Konfrontation mit deren Problemen heute und den absehbaren von morgen angewiesen. Dass wir alle dies so sehen, ist aus den 30 Beiträgen des Kolloquiums deutlich erkennbar

Ökonomische Bewertung von innovativen Speichertechnologien in Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien

Diese Arbeit geht der Frage nach, ob sich durch die stattfindende Transformation zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem in Deutschland auch Marktchancen für innovative Marktteilnehmer, insbesondere für Speicherbetreiber, herausbilden. Die ökonomischen Effekte, die in Energiesystemen mit hohen Anteilen an variablen erneuerbaren Energien (vEE) auftreten, können durch deren Integrationskosten gemessen werden. Die wissenschaftlichen Untersuchungen in Bezug auf den zusätzlichen Speicher- bzw. Flexibilitätsbedarf für ein solches Energiesystem setzen häufig bei den Ungleichgewichten in der Systembilanz an. Den jeweiligen Methoden liegen jedoch unterschiedliche Annahmen und Rahmenbedingungen zu Grunde, sodass die Ergebnisse nur eingeschränkt miteinander verglichen werden können. Der stündlich schwankende Großhandelspreis an der Strombörse ist ein wichtiger Indikator, um den Flexibilitätsbedarf zu signalisieren. Viele Analysen legen historische oder auch prognostizierte Preiszeitreihen für eine Bewertung von Speicheroptionen zu Grunde. Jedoch wird dabei die Rückkopplung der Betriebsweise eines Energiespeichers auf die Marktpreise außen vor gelassen. In dieser Arbeit wird deshalb eine Methode entwickelt, um den Einfluss eines steigenden Marktvolumens an Speichern und anderen Flexibilitätsoptionen auf die Spotmarktpreise abzuschätzen. Untersucht wird der Einfluss des Speichereinsatzes auf die Stromnachfrage und die Spotmarktpreise in 2020 sowie 2030. Die hierfür zu definierenden Szenarien für den Strommarkt werden modellgestützt abgebildet und ausgewertet. Für die Beantwortung der Fragestellung werden techno-ökonomische Modelle, z.B. das Strommarktmodell MICOES zur Kraftwerkseinsatzplanung, das Modell DeSiflex zur Glättung der Residuallast durch integrierte Flexibilitätsoptionen sowie das Modell Arturflex zur Abschätzung der Arbitragegewinne durch Einsatz von Flexibilitätsoptionen am Spotmarkt, herangezogen

Prozessorientierte Konstruktionsmethode für Industrieparks der Automobilindustrie

Im Rahmen der Arbeit wird ein Planungsansatz für Industrieparks der Automobilindustrie entwickelt. Das Planungsverfahren basiert auf einem zuvor definierten Theorierahmen (Kapitel 3) und einem Vorgehensmodell (Kapitel 4), mit deren Hilfe die Gesamtplanungsaufgabe in Planungsmodule mit definierten Entwicklungs- und Gestaltungsregeln strukturiert zerlegt werden kann. Das Vorgehensmodell ermöglicht die gezielte Dekomposition der Planung in lösbare Module mit definierten Gestaltungsregeln. Die Planung wird anhand der dokumentierten Zwischenergebnisse in den Planungsaufgaben, -phasen und ebenen rückverfolgbar. Die Koordination, die Kommunikation und die Dokumentation der Fabrikplanung von Industrieparks werden hierdurch verbessert. Wesentliche Grundlage des neuen Planungsansatzes (Kapitel 5) sind Prozessmodelle der Produktions-, Logistik- und Verwaltungs-Prozesse. Diese Geschäftsprozesse definieren die notwendigen Abläufe, die Ressourcen und die Anforderungen an die Funktionen beschreiben. Aus der Belastung der Prozessmodelle mit Leistungseinheiten erfolgen anschließend die Dimensionierung und die Anordnung der Ressourcen (z.B. Flächen, Arbeitsmittel, Personal). Die Prozessmodelle dienen dabei als Planungs-, Steuerungs- und Entscheidungsgrundlage. Sie können in der Betriebsphase weiter genutzt werden, um Auswertungen über die Leistungsfähigkeit der vorhandenen Strukturen zu gewinnen. Die problemorientierte Analyse der Prozessmodelle kann weiter genutzt werden, um Varianten zur Anpassung der Produktions- und Logistikstrukturen zu planen