Modellierung von Energieverbräuchen in hoher regionaler und zeitlicher Auflösung

Vor dem Hintergrund des Transformationsdrucks auf das zunehmend durch Dezentralität und fuktuierende Einspeisung geprägte Energiesystem steigt die Bedeutung hochaufgelöster Energiesystemmodellierung. Detaillierte Energieverbrauchsszenarien bilden dafür eine der wichtigsten Grundlagen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur hochaufgelösten Modellierung zukünftiger Strom-, Erdgas-und Wasserstofverbräuche im Industrie-und Gewerbe-, Handel-und Dienstleistungssektor entwickelt und angewendet. Es wird untersucht, welche zukünftigen Verbräuche sich durch die Substitution von Erdgas durch Strom und grünen Wasserstof ergeben und wie sich die Verschiebungen zwischen den Energieträgern auf die regionale und zeitliche Verteilung der Verbräuche auswirkt. Zentrales Ergebnis der vorliegenden Arbeit ist das entwickelte Verfahren, das ausschließlich auf öfentlichen Daten basiert und in Python implementiert ist. Ausgehend von aggregierten Verbrauchsdaten aus statistischen Veröfentlichungen werden durch schrittweise Disaggregation höher aufgelöste Verbräuche ermittelt. Für die Bestimmung zukünftiger Verbräuche werden die prognostizierte wirtschaftliche Entwicklung sowie Efzienzsteigerungen berücksichtigt. Zudem werden Energieträgerwechsel von Erdgas zu Strom und grünem Wasserstof modelliert. Im Ergebnis werden durch Anwendung des Verfahrens zukünftige nach Landkreis, Wirtschaftszweig und Anwendung diferenzierte Lastgänge ermittelt. Den zeitlichen Horizont bildet das Jahr 2045, für das in Deutschland Treibhausgasneutralität gelten soll. Durch den im Modell vorgegebenen Substitutionspfad geht der Verbrauch von fossilem Erdgas bis dahin auf Null. Die unter Anwendung des Verfahrens modellierten Verbräuche von Strom-und grünem Wasserstof im Industriesektor steigen bis 2045 insgesamt und besonders in den Zentren der chemischen Industrie. Haupttreiber sind die Elektrifzierung der erdgasversorgten Wärmeanwendungen bis 500°C durch Elektrodenkessel und Wärmepumpen sowie die nichtenergetischen Wasserstofverbräuche in der chemischen Industrie. Im gewerblichen Sektor konzentrieren sich die Verbräuche auf die urbanen Zentren. Der Stromverbrauch stagniert in diesem Sektor, da die Mehrverbräuche aus der Elektrifzierung der Raumwärme durch steigende Efzienz im Zuge von Sanierungen ausgeglichen werden. Die Temperaturabhängigkeit der Stromlastgänge nimmt zu und führt zu höheren Spitzenlasten in den Wintermonaten. Die Wasserstofastgänge sind nahezu konstant, da der Verbrauch in durchgängig produzierenden Industrien anfällt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit bieten eine sektorübergreifende Planungsgrundlage für Energietransportsysteme. Auf ihrer Basis können durch Gegenüberstellung mit regionalen Erzeugungsmengen Bedarfe an Übertragungskapazitäten identifziert werden. Im Zuge der Dekarbonisierung ist dies vor dem Hintergrund steigender erwarteter Verbräuche von CO2neutralen Energieträgern in wirtschaftsstarken Regionen besonders relevant. Des Weiteren liefern die Ergebnisse den Ausgangspunkt für die Quantifzierung regional und zeitlich hochaufgelöster Lastfexibilisierungspotenziale, die für die Modellierung von Energiesystemen mit 100% erneuerbaren Energien einen wesentlichen Inputfaktor darstellen, um Optionen für den regionalen Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch aufzuzeigen und zu bewerten.

Author dc:creator

• Verwiebe, Paul Anton

Advisor dc:contributor.advisor

• Müller-Kirchenbauer, Joachim

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Language dc:language.iso

de

Identifier URI

https://doi.org/10.14279/depositonce-17840

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/19044