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

Scenarios for the decarbonization of district heating: the case of Leipzig

This study derives the levelized cost of heat (LCOH) for exemplary post-fossil district heating (DH) scenarios. The DH system of Leipzig in 2040 under the assumption of a completely climate-neutral heat supply is considered. Accordingly, four generation scenarios (GS) are proposed based on different energy carriers that are characterized as follows: (1) natural gas with carbon capture and storage, (2) hydrogen, (3) diversified mix of biomass, waste heat and solar, and (4) electricity. In addition, the scenarios’ robustness toward commodity prices is investigated using a sensitivity analysis. A modeling environment was used to optimize the hourly economic dispatch. Based on this, levelized costs are determined. For the reference case, the LCOH of the GS 1 and 2 exceeds the LCOH of GS 3 and 4. Furthermore, the results indicate that relying on singular energy carriers as opposed to diversified generation portfolios leads to less robust LCOH regarding price sensitivities

Towards positive energy districts: assessing the contribution of virtual power plants and energy communities

The concept of positive energy districts (PED) encompasses a range of policies and strategies in response to climate protection targets in urban areas. Due to the limited potential of renewable energy in urban neighborhoods, broader definitions of PED are proposed that allow for energy exchange through the grid infrastructure. This study evaluates demand side management in combination with a virtual power plant (VPP) to assess the impact on the design of PED. In particular, the optimal customer behavior in response to flexible electricity tariffs is analyzed. A techno-economic energy system model is proposed for an urban area in Germany that optimizes the customer cost and the VPP’s margin. This includes electrical energy generation, storage, demand, and access to the short-term electricity market. Based on economic analysis, a dynamic market-based tariff allows the VPP to maximize profit margins. Consumers benefit when the local balances of renewable energy supply and demand are integrated into the dynamic tariff

Challenges and Barriers for Net‐Zero/Positive Energy Buildings and Districts—Empirical Evidence from the Smart City Project SPARCS

Without decarbonizing cities energy and climate objectives cannot be achieved as cities account for approximately two thirds of energy consumption and emissions. This goal of decarbonizing cities has to be facilitated by promoting net-zero/positive energy buildings and districts and replicating them, driving cities towards sustainability goals. Many projects in smart cities demonstrate novel and groundbreaking low-carbon solutions in demonstration and lighthouse projects. However, as the historical, geographic, political, social and economic context of urban areas vary greatly, it is not always easy to repeat the solution in another city or even district. It is therefore important to look for the opportunities to scale up or repeat successful pilots. The purpose of this paper is to explore common trends in technologies and replication strategies for positive energy buildings or districts in smart city projects, based on the practical experience from a case study in Leipzig—one of the lighthouse cities in the project SPARCS. One of the key findings the paper has proven is the necessity of a profound replication modelling to deepen the understanding of upscaling processes. Three models analyzed in this article are able to provide a multidimensional representation of the solution to be replicated

Economic potential of demand side management based on smart metering of youth hostels in Germany

Additional electricity meters behind the grid access point can improve understanding of energy consumption patterns and thus, adjust consumption behavior. For this study, smart meters were installed in three hostels, out of which two are analyzed further in this paper. Starting from an onsite inspection, all appliances were assigned to reasonable groups for sub-metering. Based on data for the year 2021, the sites are characterized according to the sub-metering concept. In addition, load profiles for type-days are derived, which allows to establish a baseload during COVID lockdown and compare it to consumption patterns for normal occupation. In the prescriptive part, the demand profiles are analyzed regarding their economic potential for load shifting. Consumption data for one week with normal occupation is used as input for techno-economic modeling. The mixed-integer model minimizes electricity purchasing costs for different scenarios including dynamic tariffs and onsite generation from photovoltaics

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

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

Challenges and Barriers for Net‐Zero/Positive Energy Buildings and Districts—Empirical Evidence from the Smart City Project SPARCS

Without decarbonizing cities energy and climate objectives cannot be achieved as cities account for approximately two thirds of energy consumption and emissions. This goal of decarbonizing cities has to be facilitated by promoting net-zero/positive energy buildings and districts and replicating them, driving cities towards sustainability goals. Many projects in smart cities demonstrate novel and groundbreaking low-carbon solutions in demonstration and lighthouse projects. However, as the historical, geographic, political, social and economic context of urban areas vary greatly, it is not always easy to repeat the solution in another city or even district. It is therefore important to look for the opportunities to scale up or repeat successful pilots. The purpose of this paper is to explore common trends in technologies and replication strategies for positive energy buildings or districts in smart city projects, based on the practical experience from a case study in Leipzig—one of the lighthouse cities in the project SPARCS. One of the key findings the paper has proven is the necessity of a profound replication modelling to deepen the understanding of upscaling processes. Three models analyzed in this article are able to provide a multidimensional representation of the solution to be replicated

Challenges and Barriers for Net‐Zero/Positive Energy Buildings and Districts—Empirical Evidence from the Smart City Project SPARCS

Without decarbonizing cities energy and climate objectives cannot be achieved as cities account for approximately two thirds of energy consumption and emissions. This goal of decarbonizing cities has to be facilitated by promoting net-zero/positive energy buildings and districts and replicating them, driving cities towards sustainability goals. Many projects in smart cities demonstrate novel and groundbreaking low-carbon solutions in demonstration and lighthouse projects. However, as the historical, geographic, political, social and economic context of urban areas vary greatly, it is not always easy to repeat the solution in another city or even district. It is therefore important to look for the opportunities to scale up or repeat successful pilots. The purpose of this paper is to explore common trends in technologies and replication strategies for positive energy buildings or districts in smart city projects, based on the practical experience from a case study in Leipzig—one of the lighthouse cities in the project SPARCS. One of the key findings the paper has proven is the necessity of a profound replication modelling to deepen the understanding of upscaling processes. Three models analyzed in this article are able to provide a multidimensional representation of the solution to be replicated

Challenges and Barriers for Net‐Zero/Positive Energy Buildings and Districts—Empirical Evidence from the Smart City Project SPARCS

Without decarbonizing cities energy and climate objectives cannot be achieved as cities account for approximately two thirds of energy consumption and emissions. This goal of decarbonizing cities has to be facilitated by promoting net-zero/positive energy buildings and districts and replicating them, driving cities towards sustainability goals. Many projects in smart cities demonstrate novel and groundbreaking low-carbon solutions in demonstration and lighthouse projects. However, as the historical, geographic, political, social and economic context of urban areas vary greatly, it is not always easy to repeat the solution in another city or even district. It is therefore important to look for the opportunities to scale up or repeat successful pilots. The purpose of this paper is to explore common trends in technologies and replication strategies for positive energy buildings or districts in smart city projects, based on the practical experience from a case study in Leipzig—one of the lighthouse cities in the project SPARCS. One of the key findings the paper has proven is the necessity of a profound replication modelling to deepen the understanding of upscaling processes. Three models analyzed in this article are able to provide a multidimensional representation of the solution to be replicated