Generation lulls from the future potential of wind and solar energy in Europe

  • Kalte Dunkelflauten der zukünftigen Potentiale der Wind- und Solarenergie in Europa

Ryberg, David Severin; Stolten, Detlef (Thesis advisor); Lauster, Michael (Thesis advisor)

1st. - Juelich : Forschungszentrum Juelich GmbH (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Energie & Umwelt / Energy & Environment 521
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xxvii, 398 Seiten) : Illustrationen, Diagramme, Karten

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Ein zukünftiges europäisches Energiesystem, das in erster Linie auf variable Erneuerbare Energien (VRES) wie Windkraftanlagen und Photovoltaikmodule (PV-Module) setzt, wird immer greifbarer. Dennoch könnte die Rolle, die VRES in Zukunft spielen könnte. Energiesysteme ist noch ungewiss. Neben den bekannten Unsicherheiten, die sich aus den folgenden ergeben von der Unterbrechung dieser Technologien, bleiben andere Fragen im Zusammenhang mit der ihr zukünftiges Design, ihre räumliche Verteilung und ihren erwarteten Betrieb. Zusätzlich gibt es dort ist eine Möglichkeit, dass sich Generationsschwächen gelegentlich über eine breite Region ausbreiten könnten. und damit das Energiesystem in ein Energiedefizit verwandeln. Es ist wenig bekannt über diese VRES wiegen, vor allem in Bezug darauf, wo und wie oft sie auftreten können, wie lange sie dauern werden und wie tief ihre Defizite sein werden. Vor der optimalen Zukunft Das Energiesystem kann entworfen werden, sowohl das VRES-Potenzial als auch die auftretenden Flauten. müssen auf einer tieferen Ebene verstanden werden. Daher ist das Ziel der aktuellen Arbeit, Folgendes zu erreichen das Potenzial der zukünftigen Wind- und PV-Erzeugung in Europa zu bewerten, indem sie Folgendes berücksichtigen ihre räumlichen, zeitlichen und zukünftigen Gestaltungsmerkmale detailliert darzustellen und darüber hinaus verwenden Sie die entwickelten Methoden, um das Auftreten von VRES-Lulls innerhalb der Kontext eines exemplarischen zukünftigen europäischen Energiesystems. Um diese Arbeit durchzuführen, werden Projektionen der räumlich sensiblen Zukunftsgestaltung von Onshore-Windturbinen, Freiflächen-PV-Parks und Aufdachanlagen unter Beobachtung von Trends der Vergangenheit und die Bewertung optimaler Systemkonfigurationen. Geographische Eignung von Flächen Einschränkungen werden für diese Technologien über die gesamte Lebensdauer hinweg eindeutig berücksichtigt. Europäischer Kontext, danach einzelne Turbinen, PV-Parks und Dachflächen in den Bereichen Resistenzgebiete werden identifiziert. Berechnungseffiziente Simulationswerkzeuge sind auch die Grundlage für die entwickelt, um stündlich aufgelöste Simulationen aller potentiellen Turbinen und Parks durchzuführen, und Dachflächen für die Wetterjahre 1980 bis 2016. Mit diesen Tools wird die Gesamtsumme der Kapazität und Erzeugungspotenzial von Onshore-Wind, Freiflächen-PV und Dach-PV in ganz Europa gefunden werden. VRES-Lulls werden schließlich durch die Rekonstruktion eines Szenario aus der Literatur für ein zukünftiges europäisches Energiesystem, das auf 100% ausgerichtet ist. die Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen. Wiegenuntersuchungen werden für drei verschiedene Arten von Kontexte unter Berücksichtigung: nur die VRES-Erzeugung, Strombedarf ohne Netz Einschränkungen und schließlich der vollständige Betrieb des Energiesystems mit Netzanschluss. Einschränkungen und Backup-Orchestrierung durch Leistungsflussoptimierung. Als Ergebnis dieser Arbeiten beträgt das jährliche Gesamterzeugungspotenzial aus Onshore-Wind-, Freiflächen-PV- und Dach-PV-Erzeugung in Europa 58 PWh, von denen etwas mehr als 20 PWh zu Kosten unter 4 Euro-ct/kWh verfügbar sein werden. Im Hinblick auf die VRES-Schlafphasen zeigt sich, dass Wind und PV eine komplementäre Erzeugung bieten, die zu einer etwa 80% kürzeren Schlaflänge führt, als wenn eine Technologie unabhängig bewertet wird. Bei einer Aggregation auf europäischer Ebene ohne Netzüberlastung ergibt sich eine ununterbrochene Erzeugung aus VRES-Quellen in Höhe von 11% des Stundenmittelwertes über alle Jahre; dies zeigt, dass eine Basisgeneration aus VRES-Quellen in Europa realisierbar ist. Dennoch werden bei der Betrachtung der Stromnachfrage ohne Netzbegrenzung auf europäischer Ebene immer Flauten beobachtet, bis eine Reservekapazität von 102% des durchschnittlichen Stundenbedarfs zur Verfügung steht. Bei vollem Betrieb des Energiesystems wurden die in 1% der Jahre aufgetretenen Flauten auf nationaler Ebene durchgehend um die 20 Tage beobachtet, und es wurden europaweite Gesamtenergiedefizite von bis zu 8,56 TWh festgestellt. Ebenso wird in diesen seltenen Jahren eine gesamte VRES-Backup-Kapazität in ganz Europa von 501 GW, bei voller regionaler Zusammenarbeit, bis zu 738 GW, mit regionaler Eigenständigkeit, benötigt.

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