Der zunehmende Einsatz von Photovoltaikanlagen auf D\u00e4chern und Batteriespeicherl\u00f6sungen macht Endnutzer wie Haushalte und Unternehmen zu aktiven Teilnehmern bei der Erf\u00fcllung der Ziele f\u00fcr erneuerbare Energien und der Bek\u00e4mpfung des Klimawandels. Nach einer Sch\u00e4tzung k\u00f6nnte die H\u00e4lfte der europ\u00e4ischen B\u00fcrger bis zu die H\u00e4lfte der erneuerbaren Energien in der EU<\/a> bis 2050. Dar\u00fcber hinaus wird Strom zu einem zentralen Faktor f\u00fcr unseren gesamten Energiebedarf, da ein gr\u00f6\u00dferer Teil des W\u00e4rme- und Mobilit\u00e4tsbedarfs durch W\u00e4rmepumpen<\/a> und Elektrofahrzeuge<\/a>respektive. Mit anderen Worten: Die heutigen passiven Systeme wandeln sich zu sektorgekoppelten und aktiven \"Multi-Energie-Systemen\", wie in Abbildung 1 dargestellt.<\/p>\n\n\n\n Multi-Energie-Systeme bieten betriebliche Flexibilit\u00e4t, indem sie mehrere Energiepfade zur Deckung des Endverbraucherbedarfs bereitstellen. Flexibilit\u00e4t ist das F\u00e4higkeit eines Energiesystems, Angebot und Nachfrage stets aufeinander abzustimmen<\/a> und eine Dienstleistung, die in zuk\u00fcnftigen Energiesystemen sehr gesch\u00e4tzt wird: die Die IEA sch\u00e4tzt, dass sich der Bedarf an Flexibilit\u00e4t bis 2050 vervierfachen wird<\/a>. Ohne angemessene Flexibilit\u00e4t k\u00f6nnte die Variabilit\u00e4t des Angebots an erneuerbaren Energien zu Frequenzinstabilit\u00e4t<\/a> und folglich m\u00f6gliche Stromausf\u00e4lle.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 1<\/strong>: Die Ziele der Energiewende ver\u00e4ndern die Art und Weise, wie Endverbraucher ihren Energiebedarf decken - weg von passiven Systemen (oben) hin zu sektorgekoppelten und aktiven Multi-Energie-Systemen (unten). Multienergiesysteme bieten mit mehreren Energieflusswegen eine hohe betriebliche Flexibilit\u00e4t. <\/em><\/p>\n\n\n\n Die Sicherheit des Strom\u00fcbertragungsnetzes kann erh\u00f6ht werden, indem die Flexibilit\u00e4t k\u00fcnftiger Multi-Energiegemeinschaften durch das Angebot fester Reserven auf den Ausgleichsm\u00e4rkten genutzt wird. Das Angebot einer solchen Flexibilit\u00e4t f\u00fcr das \u00dcbertragungsnetz birgt jedoch auch Nachteile. Erzeugungskapazit\u00e4ten, die als feste Reserven f\u00fcr die Flexibilit\u00e4t angeboten werden, k\u00f6nnen nicht f\u00fcr andere Zwecke genutzt werden f\u00fcr eine bestimmte Lieferfrist<\/a>. Flexibilit\u00e4t muss bei Ungleichgewicht im Netz sofort gegeben sein<\/a> und daher m\u00fcssen diese Reserven im Netz immer verf\u00fcgbar sein, um bei Bedarf abgerufen werden zu k\u00f6nnen. Die Eigent\u00fcmer der Reserven sind ebenso wie die Endverbraucher f\u00fcr die Verf\u00fcgbarkeit von Reserven f\u00fcr einen bestimmten Lieferzeitraum entsch\u00e4digt, wobei die Preise durch Marktauktionen bestimmt werden<\/a>ns<\/a>. Alternativ zu den Reservekapazit\u00e4ten h\u00e4tten die Systemkomponenten abgeschaltet werden k\u00f6nnen, um Brennstoffkosten zu sparen, oder die Reservekapazit\u00e4t h\u00e4tte genutzt werden k\u00f6nnen, um \u00fcbersch\u00fcssigen Strom \u00fcber einen Einspeiseschema<\/a>e<\/a>. Aus der Sicht der Systemauslegung k\u00f6nnten die Komponenten innerhalb des Systems ausreichend dimensioniert sein, um allein den t\u00e4glichen Energiebedarf zu decken, so dass kein Raum f\u00fcr Flexibilit\u00e4tsdienstleistungen bleibt. Die gleichzeitige Planung der Flexibilit\u00e4t mit anderen Entscheidungsmerkmalen k\u00f6nnte eine optimale Systemnutzung gew\u00e4hrleisten und gleichzeitig den \u00dcbergang zu einem kohlenstoffarmen System erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n Unser Optimierungsrahmen<\/a> versucht, das optimale Gleichgewicht zwischen den Kompromissen zu finden und den Endnutzern zu helfen, sich f\u00fcr ein ideales lokales Systemdesign zu entscheiden. Mit dem Ziel der Kostenminimierung entscheidet der Rahmen \u00fcber die optimale Gr\u00f6\u00dfe der Systemtechnologien, der Betriebsstrategien und des Flexibilit\u00e4tspotenzials unter Ber\u00fccksichtigung der auf dem Ausgleichsmarkt verf\u00fcgbaren Ausgleichsmechanismen. Die Vorteile des Rahmens liegen in der Unterst\u00fctzung einer besseren Entscheidungsfindung f\u00fcr: (1) die Endverbraucher, in saubere Technologien zu investieren, die ihre Kosten minimieren, und (2) die \u00dcbertragungsnetzbetreiber, das Flexibilit\u00e4tspotenzial der Endverbraucher und die Wirksamkeit der geltenden Vorschriften und Ausgleichsmechanismen abzusch\u00e4tzen.<\/p>\n\n\n\n Als Anwendungsfall betrachten wir den Fall einer kleinen Schweizer Nachbarschaft, die durch die Umstellung auf Dach-Photovoltaik, station\u00e4re Batteriesysteme und W\u00e4rmepumpen eine Emissionsreduktion von 80% gegen\u00fcber dem heutigen Stand ihres Strom- und W\u00e4rmeverbrauchs erreichen will. Als Ausgleich werden die historischen Preise f\u00fcr zwei Ausgleichsleistungen herangezogen - die prim\u00e4re Regelenergie (PCR) und die sekund\u00e4re Regelenergie (SCR) mit Lieferfristen von 4 Stunden bzw. 1 Woche, die repr\u00e4sentativ sind f\u00fcr die Rahmen f\u00fcr den Markt f\u00fcr Hilfsdienste in der Schweiz<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Wir betrachten drei Szenarien f\u00fcr die Gestaltung k\u00fcnftiger Multi-Energie-Systeme und sch\u00e4tzen ihr Flexibilit\u00e4tspotenzial ein:<\/p>\n\n\n\n Abbildung 2<\/strong>: Die linke Grafik zeigt die Investitions- und Betriebskosten f\u00fcr die F\u00e4lle 1, 2 und 3. Die Kosten beziehen sich auf die Deckung des kombinierten W\u00e4rme- und Strombedarfs. W\u00e4hrend die Investitionsentscheidungen unber\u00fchrt bleiben, wird der Betrieb st\u00e4rker optimiert, um niedrigere Kosten zu erzielen. Die rechte Grafik zeigt die Systemauslegung f\u00fcr die gleichen F\u00e4lle. Die Systemauslegung wird nicht beeinflusst. Mit kleineren Lieferzeiten in Fall 3 steigt jedoch die mittlere flexible Kapazit\u00e4t des Systems, da sowohl Batterien als auch W\u00e4rmepumpen flexible Reserven bieten.<\/em><\/p>\n\n\n\n Die Ergebnisse der Fallstudien best\u00e4tigen, dass die Einbeziehung von Flexibilit\u00e4tsdienstleistungen die Systemkosten und den Betrieb ver\u00e4ndert (Abbildung 2). Von Fall 1 zu Fall 3 steigen die flexiblen Kapazit\u00e4tsreserven in Batterien und W\u00e4rmepumpen. Sie senken die Systembetriebskosten und erh\u00f6hen die Zuverl\u00e4ssigkeit des \u00dcbertragungsnetzes durch zus\u00e4tzliche flexible Kapazit\u00e4ten. Obwohl die Mobilit\u00e4tsnachfrage in dieser Fallstudie nicht ber\u00fccksichtigt wird, eine Flotte von Elektrofahrzeugen<\/a> kann die flexible Kapazit\u00e4t von Multi-Energie-Systemen im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung von Mobilit\u00e4tssystemen potenziell erweitern.<\/p>\n\n\n\n Aus der Sicht der Endnutzer reichen die Ausgleichsmechanismen f\u00fcr Flexibilit\u00e4t nicht aus, um Anreize f\u00fcr \u00c4nderungen in der Auslegung zu schaffen. Das Energiesystem kann allein unter Ber\u00fccksichtigung der Nachhaltigkeitsziele der Endnutzer konzipiert werden (wie die 80%-Emissionsreduktion in der Fallstudie). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Endverbraucher ihre Energierechnungen senken k\u00f6nnten, indem sie dem Stromnetz Flexibilit\u00e4t anbieten. Das Ausma\u00df der erzielten Einnahmen h\u00e4ngt von den verf\u00fcgbaren Ausgleichsregelungen und den von den \u00dcbertragungsnetzbetreibern festgelegten Vorschriften ab. Nat\u00fcrlich h\u00e4ngt die M\u00f6glichkeit der Endverbraucher, diese Vorteile zu nutzen, davon ab, ob die Vorschriften es ihnen erlauben, als einzelne Unternehmen oder als Teil einer Bilanzgruppe Ausgleichsleistungen f\u00fcr das Netz zu erbringen.<\/p>\n\n\n\n Aus der Sicht des \u00dcbertragungsnetzbetreibers k\u00f6nnte die Systemzuverl\u00e4ssigkeit verbessert werden, wenn flexible Kapazit\u00e4ten aus Energieressourcen auf der Endverbraucherebene angeboten werden. f\u00fcr beide getesteten F\u00e4lle. Mit \u00c4nderungen der Regulierungs- und Ausgleichsmechanismen k\u00f6nnte die Flexibilit\u00e4t der Endverbraucher besser genutzt werden. Vergleicht man das Flexibilit\u00e4tsangebot in den drei F\u00e4llen, so zeigt sich, dass allein eine regulatorische Umstellung auf feinere Lieferfristen (Fall 3) das Flexibilit\u00e4tsangebot f\u00fcr die Endverbraucher ohne \u00c4nderungen der Ausgleichsregelungen erh\u00f6hen k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n In den kommenden Jahrzehnten wird das aggregierte Flexibilit\u00e4tspotenzial von Multi-Energie-Systemen aufgrund der von den B\u00fcrgern vorangetriebenen Ma\u00dfnahmen zur Erreichung der Ziele f\u00fcr erneuerbare Energien und Elektrifizierung wahrscheinlich erheblich zunehmen. Die Erschlie\u00dfung dieser sauberen Flexibilit\u00e4tsquelle wird angesichts der Abkehr von fossilen Energietr\u00e4gern wie gasbefeuerten Kraftwerken immer wichtiger.<\/p>\n\n\n\n Die n\u00e4chsten Forschungsschritte w\u00fcrden eine interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit erfordern. Auf der technischen Seite w\u00e4re es notwendig, das wahre Flexibilit\u00e4tspotenzial lokaler Technologien zu quantifizieren, ohne dass der Endnutzer darunter leidet. Projekte wie das \"S\u00dcSSE <\/a>PATHFNDR<\/a>Wege auf Bezirks- und Stadtebene<\/a>\"In diesem Bereich werden derzeit Untersuchungen durchgef\u00fchrt, die darauf abzielen, einen optimalen Weg auf lokaler Ebene zu finden, der auch eine ganzheitliche Nutzung der Flexibilit\u00e4t unter Verwendung mehrerer Energietr\u00e4ger erm\u00f6glicht. Effektive Gestaltung Regulierungs- und Ausgleichsmechanismen<\/a> w\u00fcrde auch die Investitionen und Entscheidungen der Endverbraucher in Richtung eines kohlenstoffarmen und flexiblen Energiesystems unterst\u00fctzen. Die Sch\u00e4tzung des Flexibilit\u00e4tsbedarfs auf der Grundlage von Prognosen f\u00fcr erneuerbare Energien und die Stilllegung bestehender flexibler gasbefeuerter Quellen w\u00fcrde auch die Verwendung von Energiesystemmodellen, wie dem in diesem Blog er\u00f6rterten, erleichtern, um die verf\u00fcgbare Systemflexibilit\u00e4t unter verschiedenen Mechanismen zu quantifizieren und die Entscheidungsfindung in Bezug auf Kapazit\u00e4tsinvestitionen auf breiterer Ebene zu unterst\u00fctzen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Mit der Integration erneuerbarer Energien steigt der Bedarf an flexibler Energie, um Angebot und Nachfrage stets ausgleichen zu k\u00f6nnen. Eine Quelle f\u00fcr saubere, flexible Energie k\u00f6nnte von den Endverbrauchern kommen, wenn die Systeme auf lokaler Ebene auf kohlenstoffarme Multi-Energie-Systeme umgestellt werden. Das Flexibilit\u00e4tspotenzial von Multi-Energie-Systemen f\u00fcr Ausgleichsleistungen kann quantifiziert werden, indem die Regeln und Belohnungen f\u00fcr Flexibilit\u00e4t in Energiesystemmodelle integriert werden. 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Die Abw\u00e4gung der Kompromisse durch Optimierung der Systemkosten kann Aufschluss dar\u00fcber geben, ob das Angebot von Flexibilit\u00e4t durch Ausgleichsleistungen f\u00fcr den Endverbraucher tats\u00e4chlich wirtschaftlich ist. <\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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