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Untersuchung der Auswirkungen von Einspeisung erneuerbarer Wärme auf KWK-Wärmenetze in urbanen Quartiersstrukturen
Abstract
Um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen sind im Rahmen der Energiewende die CO2-Emissionen besonders in den Sektoren Strom und Warme durch geeignete Masnahmen zu reduzieren. Aus diesem Grund liegt der Fokus auf einer Steigerung des Anteils regenerativer, CO2-freier Erzeugungsanlagen an der Energieversorgung. Kann man im Stromsektor bereits auf ein beachtliches Wachstum des Anteils erneuerbarer Energien in der Erzeugung zuruckblicken, so stagnieren die Werte im Warmebereich, obwohl dieser ein hohes Einsparpotenzial aufweist. \nZur Aktivierung der Warmewende ist eine Vielzahl an Masnahmen von Noten. Eine Moglichkeit, erneuerbare Warme in die Warmeversorgung dicht besiedelter Stadtgebiete zu integrieren, stellen Warmenetze dar. Die verlustarme Verteilung uber weite Strecken ermoglicht eine verbrauchsferne Erzeugung, wodurch auch Gebiete ohne verfugbare Flachen beispielsweise mit solarthermischer Warme versorgt werden konnen. Des Weiteren vereinfachen Warmenetze die Kopplung der Sektoren Strom und Warme, da sie durch die Brennstoff- und Erzeugungstechnologieoffenheit verstarkt durch Warme aus Kraft-Warme-Kopplungsanlagen (KWK) und Power-to-heat-Systeme gespeist werden konnen. Die fluktuierende, nichtregelbare Erzeugung und Einspeisung erneuerbarer Energien stellt die Netzbetreiber allerdings vor neue Herausforderungen zur Sicherstellung eines stabilen Netzbetriebes. \nDie vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit den Auswirkungen der vermehrten Einspeisung erneuerbarer Warme auf alle weiteren Komponenten eines Energiesystems, welches aus Erzeugungs-, Verteilungs- und Speicherungsinfrastruktur besteht. Erneuerbare Warmeerzeuger, insbesondere Solarthermieanlagen, sind durch eine fluktuierende, dargebotsabhangige Erzeugung charakterisiert. Aus diesem Grund sind der konventionelle Betrieb sowie bei Neubauprojekten die Auslegung der regelbaren KWK-Anlagen dahingehend anzupassen, dass ein moglichst hoher Anteil erneuerbare Warme in die Versorgung integriert werden kann, ohne dass es zu wirtschaftlichen Einbusen fur den Versorger kommt. Ebenso ist ein effizienter und stabiler Netzbetrieb zur Gewahrleistung einer kontinuierlichen Versorgungssicherheit von hochster Prioritat. Zu diesem Zweck erfolgt im Rahmen dieser Arbeit die Erarbeitung von zwei Simulationsprogrammen, mit denen zum einen Warmenetze verschiedenster Grose und Topologie sowie zum anderen regelbare und regenerative Erzeugungsanlagen sowie alle weiteren Komponenten eines Energiesystems zur Betriebssimulation abgebildet werden konnen. \nDie Auswahl von drei geeigneten Simulationsszenarien und aussagekraftigen technischen sowie okonomischen und okologischen Kennzahlen ermoglicht neben einer umfassenden Bewertung ebenso die Ableitung von Handlungsmasnahmen, die eine verstarkte Einbindung der Warmewende in die Energiewende ermoglichen.