Entwicklung von Methoden zur Abbildung von Demand Side Management in einem optimierenden Energiesystemmodell : Fallbeispiele für Deutschland in den Sektoren Industrie, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und Haushalte

Abstract

Ein zentrales Instrument zur Erreichung der klimapolitischen Ziele in Deutschland ist die Dekarbonisierung des Elektrizitätssystems durch den Ausbau von Erzeugungskapazitäten in Photovoltaik- und Windkraftanlagen. Aufgrund des intermittierenden Angebots kann es zu einem Ungleichgewicht von Erzeugung und Nachfrage kommen. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit modellgestützt untersucht, welchen Beitrag Demand Side Management (DSM) zur Erreichung der energiepolitischen Ziele in Deutschland im Vergleich zu alternativen Flexibilitätsoptionen, wie Reservekraftwerken, Stromspeichern, Curtailment oder Power-to-X, leisten kann, um das benötigte Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage zu gewährleisten. In dieser Studie wurden Verfahren zur Abbildung von anreiz- und preisbasiertem Lastmanagement erarbeitet, sodass einerseits prozessspezifische Betriebsrestriktionen und andererseits Lastverlagerungspotenziale modelliert werden können. In der energieintensiven Industrie werden prozessspezifische Verfügbarkeiten zur Modellierung der Lastverlagerungspotenziale verwendet, während im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD) der Energieträgerwechsel exemplarisch über hybride Erzeugungssysteme zur Wärmebereitstellung abgebildet ist. Zur Bestimmung von Lastmanagementpotenzialen und zulässigen Betriebsparametern thermostatgeregelter Lasten in Haushalten wird ein Simulationsmodell mit hoher zeitlicher Auflösung mit einem Energiesystemmodell gekoppelt. Um einer möglichen Überbewertung des Lastmanagementbeitrags von Haushalten entgegenzuwirken, wird die Nutzerakzeptanz von Lastmanagement in Haushalten berücksichtigt. Unter Verwendung des entwickelten Energiesystemmodells und der Methoden zur Modellierung von Lastmanagement wird der Beitrag von Demand Side Management zur Integration hoher Anteile intermittierender erneuerbarer Energien in das Elektrizitätssystem Deutschlands bis 2050 szenariogestützt untersucht. Während Energieeinsparungen als erste Komponente von DSM im gesamten Energiesystem abgebildet sind, erfolgt die Berücksichtigung von Lastmanagement als zweite Komponente von DSM anhand von Fallbeispielen. Aufgrund der modellexogenen Vorgabe energiepolitischer Ziele kann der Szenariorahmen als Zielszenario beschrieben werden. Die Szenarioanalyse zeigt, dass Energieeinsparungen einen erheblichen Beitrag zur Reduktion der Systemkosten leisten können, während durch Lastmanagement vergleichsweise geringe Kostenreduktionen erzielt werden. Lastmanagementpotenziale werden insbesondere in der Industrie und im GHD eingesetzt. Demgegenüber tragen in Haushalten nur wenige Lastmanagementpotenziale zur Kostenminimierung bei.