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Das Projekt greift die Schnittstelle zur Integration der verschiedenen Energiesysteme für die Sektoren­kopplung auf und sucht Lösungsansätze für eine Netzstabilisierung in der ländlichen Region. Das zukünftige Energiesystem verbindet die verschiedenen Erzeuger, Verbraucher, Speicher- und Flexibili­tätsoptionen und Akteure miteinander, um eine vollständige Versorgung aus erneuerbaren Energien zu gewährleisten.

Für die praktische Umsetzung wird ein Energiekonzept erstellt. Diese Konzepte dienen Kommunen, Gemeinden und ländlichen Regionen als Entscheidungs- und Planungsgrundlage für die Entwicklung und Durchführung von Vorhaben im Energiesektor. In diesem Projekt wird ein Konzept zum Ausbau der Flexibilitäts- und Speicheroptionen erstellt. Grundsätzlich enthalten Energiekonzepte folgende Bestand­teile:

  • Definition der Ziele
  • Analyse der Ausgangslage
  • Entwicklung einer Variantenvielfalt
  • Ökonomische Prüfung der Varianten
  • Berechnung des Treibhausgasminderungspotentials

Für die Erstellung eines Energiekonzeptes wird eine zeitlich hochaufgelöste Datenbasis der Energieer­zeugung und -bedarfe benötigt. Zur Aufnahme der Ausgangslage im Bilanzrahmen werden sämtliche Energieströme und -flüsse systematisch aufgenommen. Die Datenerhebung folgt zunächst gegliedert nach den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr. An der Aufnahme der Daten werden die FH Münster, die B&R Energie GmbH und das Gas- und Wärme Institut e. V. arbeiten. Mit zwei For­schungseinrichtungen, einem Unternehmen aus dem Bereich der Projektierung und des Betriebs von EE-Anlagen steht ein Projektteam bereit, mit dem eine detaillierte Datenaufnahme und Auswertung gesichert ist. Unter­nehmen, Betreiber oder Genossenschaften (z. B. regionaler Verkehrsverbund, Biogasanlagenbetreiber, Energiegenossenschaft, etc.), von denen relevanten Daten benötigt werden, sind bereits in einer frühen Phase der Projektentwicklung mit einem Letter of Intent beteiligt und haben ihre Unterstützung zugesi­chert.

Mittel- und langfristige Speicherpotentiale stehen im Fokus

Eine Analyse der ermittelten Daten wird aufzeigen, welche Potentiale und Bedarfe beim Auftreten von Überschüssen aus EE-Anlagen in den Sektoren Wärme und Mobilität zeitgleich oder zeitversetzt vor­handen sind. Die Analyse liefert eine zeitliche und räumliche Darstellung der Bedarfspotentiale. Diese Potentiale werden in der Folge als Potentiale für die Power-to-X-Verfahren klassifiziert. Ziel der Aus­wertung ist, die Erzeugung und den Bedarf möglichst detailliert mit der entsprechenden Erzeugungs­struktur darzustellen. Diese Auswertung erfolgt mithilfe von Sankey-Diagrammen zur übersichtlichen Darstellung der Daten und Visualisierung der Energieströme und -flüsse. Es gilt herauszuarbeiten, wel­ches Potential sich in dem Bilanzrahmen für die Flexibilitäts- und Speicheroptionen ergibt. Von beson­derer Bedeutung sind die Potentiale, die sich für einen mittel- und langfristigen Speicherbedarf anbieten. Die Definition der mittel- und langfristigen Speicherpotentiale ist an die Überschussstromphase aus den erneuerbaren Energien gekoppelt. In diesem Zusammenhang wird von kurzfristigen Speicherpotentia­len in einem Zeitraum von kleiner 3 Stunden gesprochen, die mittelfristigen Potentiale lassen sich in einem Zeitraum zwischen 3 und 8 Stunden einordnen, während alles über 8 Stunden dem langfristigen Speicherpotential entspricht. Das kurzfristige Speicherpotential wird zukünftig voraussichtlich durch Bat­teriespeichertechnologien abgedeckt. Der Entwicklungsstand dieser Technologien und Systeme ist so weit fortgeschritten, dass diese im Projekt nicht näher betrachtet werden. Vielmehr stehen Konversions­technologien im Fokus, die eine längere Ausspeicherdauer aufweisen.

Auf Basis der vorliegenden Daten werden verschiedene Varianten entwickelt. Die Varianten bilden un­terschiedliche Entwicklungsszenarien, Nutzungs- und Herstellungspfade unter Einsatz verschiedener Konversionstechnologien ab. Als Beispiel kann der Mobilitätssektor angeführt werden. Hier stellt sich beispielhaft die Frage: Welchen Anteil wird es an elektrifizierten Fahrzeugen geben und wie groß ist der Wasserstoffbedarf?

Um die ländliche Region hinsichtlich der Energiewende zu stärken und die Potentiale bestmöglich zu nutzen, werden in den Prozess der Variantenentwicklung Unternehmen, Betreiber und weitere Akteure aus der Gemeinde eingebunden. Die Gruppen sind ebenfalls mit einem Letter of Intent an diesem Projekt beteiligt. Zusätzlich ist ein Expertenworkshop im Rahmen der Variantenentwicklung geplant. In diesem Workshop werden weitere lokale Akteure, Wirtschaftsmultiplikatoren sowie überregionale Ex­perten eingeladen, um über die Zwischenergebnisse zu diskutieren und so die Qualität weiter zu erhö­hen. Die erstellten Varianten werden im Anschluss unter ökonomischen Aspekten geprüft, das Treib­hausgasminderungspotential entlang der gesamten Wertschöpfungskette bestimmt und die volkswirt­schaftlichen Auswirkungen betrachtet. Außerdem wird der Beitrag zur Stromnetzstabilisierung ermittelt.

Praktische Versuchsreihen im halbtechnischen Maßstab validieren das Energiekonzept

Den innovativen Charakter stellt die Validierung des Energiekonzeptes mit seinen Varianten einer halb­technischen Versuchsanlage dar. Die einzelnen Varianten können so praktisch überprüft werden. Für den Betrieb der Technikumsanlage werden im Vorfeld verschiedene Betriebsszenarien definiert. Mögli­che Betriebsweisen können hier die Maximierung der Treibhausgasminderung, der optimierte ökonomi­sche Betrieb oder das technische Optimum der Konversionstechnologien sein. Der Betrieb der Anlage

wird grundlegend auf einer MATLAB-Simulation aufgebaut. Der Simulation werden die ermittelten Daten und Potentiale zu Grunde gelegt. Ein eigens für diese Anwendung entwickelter Algorithmus steuert die verschiedenen Konversionstechnologien und entscheidet über die Herstellungs- und Nutzungspfade in Abhängigkeit von Potentialen, Überschüssen und technischen Parametern. Im Bereich der Energiespei­cher-Simulationen konnte die FH Münster bereits wertvolle Erfahrungen mit dem Projekt EnerPrax sam­meln. Ziel des noch laufenden EnerPrax-Projektes ist die intelligente Steuerung von verschiedenen Energiespeichertechnologien, wobei sich die Betrachtungsweise hierbei auf den Sektor Strom beschränkt.

Bei der Erstellung dieser Projektskizze sind bereits Konversionstechnologien berücksichtigt worden, die in der Technikumsanlage eingesetzt werden sollen. Dazu gehören ein Elektrolyseur, eine Brennstoffzelle, eine biogene Wasser­stofferzeugungsanlage, eine biogene Methanisierungsanlage, ein Methan- und ein Wasserstoffspei­cher. Die Technikumsanlage wird nicht die vollständigen Herstellungs- und Nutzungspfade abbilden können. Aus diesem Grund werden einzelne Konversionstechnologien, die für das Energiesystem not­wendig sind, virtuell eingebunden. Im Bereich der virtuellen Kraftwerke und der Verknüpfung von dezentralen Energieerzeugern und Flexibilitätsoptionen kann das GWI hervorragende Kompetenzen vorweisen. Kürzlich konnte das Projekt Virtuelles Institut NRW – Strom zu Gas und Wärme mit sehr guten Ergebnissen abgeschlossen werden. Diese Ergebnisse werden in das Projekt einfließen und unterstreichen den Gedanken einer Verwertung von Projektergebnissen nach Vorhabensende.