Strommarkt- und Übertragungsnetzsimulation unter Berücksichtigung der Strom-Wärme-Sektorenkopplung

Von:

David Kröger

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Die Integration von Power-to-Heat-Anlagen und Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen in das elektrische Energieversorgungssystem führt zu einer veränderten Versorgungsaufgabe, die zunehmend durch Restriktionen des Wärmesektors geprägt ist. Aus der räumlichen Verteilung und dem charakteristischen und flexiblen Strombezugs- und Einspeiseverhalten der gekoppelten Anlagen resultieren Auswirkungen auf den Kraftwerkseinsatz und den Transportbedarf im Übertragungsnetz. Zur quantitativen Analyse dieser Auswirkungen werden im Rahmen dieser Arbeit verbesserte Modellierungsansätze für eine Strom-Wärme-gekoppelte Strommarkt- und Übertragungsnetzsimulation ausgearbeitet und präsentiert. Die Modellierung des Wärmesektors erfolgt anhand eines Modells für dezentrale Wärmepumpen und Direktheizungen im Gebäudebestand sowie anhand eines Modells für zentrale Umwandlungsanlagen in Wärmenetzen. Durch Integration der endogen modellierten Wärmebedarfe in die übergeordnete Optimierung des zonalen Kraftwerkseinsatzes sowie des nodalen Engpassmanagements kann anschließend eine markt- oder netzorientierte Optimierung der Betriebsweise gekoppelter Umwandlungsanlagen durchgeführt werden. Die Validierung und Verifizierung der entwickelten Modelle erfolgt im Rahmen einer exemplarischen Anwendung der Strom-Wärme-gekoppelten europäischen Strommarkt- und Übertragungsnetzsimulation für das Zieljahr 2035 mit Fokus auf das deutsche Netzgebiet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine flexible Betriebsweise Strom-Wärme-gekoppelter Umwandlungsanlagen zu einer erhöhten Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energiequellen und zu einer Optimierung des Gesamtsystems beiträgt.