Forschungsprojekt En4U
Entwicklungspfade eines dezentralen Energiesystems im Zusammenspiel der Entscheidungen privater und kommerzieller Energieakteure unter Unsicherheit
Unser zukünftiges Energiesystem muss besonders flexibel gestaltet werden, damit Nachfrage und Verfügbarkeit trotz fluktuierender Energiequellen wie Sonne und Wind jederzeit im Gleichgewicht gehalten werden können. Besonders wertvoll sind in dieser Hinsicht dezentrale flexible Stromverbraucher in privaten Haushalten wie Wärmepumpen oder Elektroautos. Sie bieten – ebenso wie Aufdach-Photovoltaikanlagen mit Stromspeichern – die Möglichkeit zur zeitlichen Verschiebung und Veränderung der Netzbelastung von Haushalten. Im Forschungsprojekt EN4U (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) ging es deshalb um ein besseres Verständnis dafür, welchen Einfluss Entscheidungen über den Einsatz der beschriebenen Flexibilitätsoptionen auf den Energiemarkt haben können und wie eine systemfreundliche Bereitstellung dieser Flexibilität politisch angereizt werden kann.
Forschungsprojekt En4U | |
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Laufzeit | April 2021 bis Mäz 2024 |
Förderung durch | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz |
Projektbeteiligte | - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion; Institut für Operations Research
- Institut für Vernetzte Energiesysteme
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Flexible Stromverbraucher werden sich im zukünftigen Energiesystem signifikant auf die Stromnachfrage von Haushalten auswirken. Zusammen mit der Einführung zeitvariabler Stromtarife sind damit die Voraussetzungen für den Einsatz dezentraler Flexibilitäten geschaffen, so dass die Bedeutung dieser Flexibilitätsoptionen für das Energiesystem weiter zunehmen könnte. Für die Gestaltung des zukünftigen Energiesystems ist es daher notwendig zu verstehen, welchen Einfluss Entscheidungen über den Einsatz von Haushaltsflexibilitätsoptionen auf den Energiemarkt haben können und wie eine systemfreundliche Bereitstellung dieser Flexibilität politisch angereizt werden kann.
Vor diesem Hintergrund verfolgte das Institut für Vernetzte Energiesysteme im Projekt En4U vor allem drei Ziele:
- Entscheidungen zum Betriebsverhalten von Haushaltsflexibilitätsoptionen in Strommarktmodelle integrieren zu können,
- die Interaktion dieser Entscheidungen mit weiteren (zentralen) Energieakteuren zu modellieren
- Rahmenbedingungen für eine nachhaltige Entwicklung des Energiesystems unter Berücksichtigung von Entscheidungen in einer unsicheren Umwelt zu erforschen.
Konkret wurden dafür zunächst die Unsicherheiten der Energieakteure erkundet und quantifiziert. Dabei wurden auch gesellschaftliche und qualitative Aspekte betrachtet, die oft vernachlässigt werden. Darauf aufbauend konnte die Marktdurchdringung der genannten Technologien mittels Diffusionsmodellen analysiert werden.
Der Betrieb der Technologien in den Haushalten wurde zunächst desaggregiert modelliert und dann mittels neuronaler Netze so abstrahiert, dass die Betriebsentscheidungen in umfassende Energiesystemmodelle effizient integriert werden konnten. Durch Entwicklung und Nutzung geeigneter Methoden der stochastischen Optimierung wurden Unsicherheiten für Betreiber konventioneller sowie erneuerbarer Kraftwerksportfolien abgebildet und deren Entscheidungen optimiert. Alle Teilergebnisse und Modelle wurden dann mit einer agentenbasierten Strommarktsimulation gekoppelt. Die Auswirkungen der Unsicherheiten und der komplexen Marktwechselwirkungen können so abgebildet werden, so dass sich unter anderem wahrscheinliche Entwicklungspfade für konventionelle und erneuerbare Kraftwerkskapazitäten ableiten lassen.
