Integration of renewable energy sources into the future European power system using a verified dispatch model with high spatiotemporal resolution

  • Integration erneuerbarer Energiequellen in das zukünftige europäische Stromnetz unter Verwendung eines verifizierten Übertragungsnetzmodells mit hoher räumzeitlicher Auflösung

Syranidou, Chloi; Stolten, Detlef (Thesis advisor); Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energie & Umwelt 507
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (242 Seiten) : Illustrationen, Diagramme, Karten

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Die Anforderungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen des Stromsektors in Europawerden zu einem deutlichen Anstieg der Erzeugung aus variablen erneuerbaren Energiequellen(VRES) führen. Das Vorhandensein solcher Technologien kann erhebliche Herausforderungen für den Betrieb und die Struktur des bestehenden Übertragungsnetzes darstellen. Unter diesem Aspekt wird in dieser Arbeit die Integration von VRES in das zukünftige europäische Stromsystem bis zum Jahr 2050 untersucht. Die oben beschriebenen Herausforderungen führen auch zu Herausforderungen bei der Modellierung des Stromversorgungssystems. Daher werden sowohl die numerische Modellierung als auch der bestehende europäische Rahmen des Netzbetriebs ausführlich beschrieben, einschließlich der entsprechenden Literatur. In dieser Arbeit wird eine neuartige mehrstufige Methodik für die Erzeugungsdisposition vorgestellt, die die Übertragungsbeschränkungen respektiert und einen flexiblen Nachfragebetrieb beinhaltet, um das gesamte europäische Stromsystem zu modellieren. Die Endentwicklung des Modells wird durch die Bestimmung der Randbedingungen und technischen Parameter des Systems in Bezug auf Netzinfrastruktur, Erzeugung und Nachfrage in hoher räumlich-zeitlicher Auflösung abgeschlossen. Das daraus resultierende Modell wird für das Jahr 2015 unter historischen Bedingungen verifiziert und bildet die Grundlage für die Umsetzung aller europäischen Zukunftsszenarien. Das zukünftige Stromnetz wird für die Jahre 2030, 2040 und 2050 im Hinblick auf die VRES Integration und die entsprechenden Auswirkungen der Nachfrageflexibilität analysiert. Es stellt sich fest, dass die Hauptnetzüberlastung zwischen Nord- und Ostseeraum und Mitteleuropaauftritt. Diese Stauung ist für die Mehrheit der daraus resultierenden VRES Abregelung verantwortlich, die mit der Windkraft zusammenhängen. Der Gesamtbetrag der Abregelung für den Referenzfall beträgt 88 TWh für Deutschland und 729 TWh für Europa, woraus der Schluss gezogen wird, dass die geeignetsten Standorte zur Nutzung der entsprechenden Abregelungsenergie in Westdänemark und Westirland liegen. Was die Auswirkungen der Nachfrageflexibilität betrifft, so ist festzustellen, dass die Gesamtauswirkungen relativ gering sind (Reduzierung der VRES-Kürzungen um 7,6%), weshalb mehr Flexibilitätsoptionen in Betracht gezogen werden sollten. Darüber hinaus wird festgestellt, dass die VRES-Integration eher auf die Dauer der Verlagerung als auf die verfügbare Flexibilität reagiert, insbesondere, wenn saisonale Flexibilität erlaubt ist. Weiterhin wird gezeigt, dass die räumliche Verlagerung ebenfalls sehr vorteilhaft sein kann (27% Reduktion). Allerdings kann die Lastverlagerung nicht die einzige Lösung für ihre Verringerung sein, sondern es können auch weitere Alternativen erforderlich sein. Betrachtet man alle Szenarien für 2050, so stellt man fest, dass die durchschnittliche Anzahl der VRES-Kürzungen 592 TWh beträgt und sich dieser Wert von 2030 bis 2050 alle 10 Jahre etwa verdoppelt. Schließlich wird gezeigt, dass die Höhe der räumlichen Auflösung für die Darstellung des Übertragungsnetzes eine wichtige Rolle bei der VRES-Integration spielt, bei der selbst Modelle mit 100-200 Knoten die Gesamtkürzungen um die Hälfte unterschätzen können.

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