Neue Energie aus Wuppertal / Integrierte Simulation gekoppelter Strom-, Gas- und Wärmesysteme

In den kommenden Phasen der Transformation des deutschen Energieversorgungssystems rückt die Kopplung der Strom-, Gas- und Wärmesysteme und die Energiespeicherung in den Fokus. Kopplung und Speicherung bewirken komplexere Wechselwirkungen zwischen den Systemen in energetischer und zeitlicher Hinsicht, was einen Bedarf für systemübergreifende, integrierte Analysen in Planungs- und Betriebsfragestellungen erzeugt. Für diese wiederum sind Möglichkeiten zur integrierten Simulation der Systeme erforderlich. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Umgebung zur integrierten Simulation gekoppelter Strom-, Gas- und Wärmesysteme. Sie soll als Plattform zur systemübergreifenden Planung sowie Betriebsanalyse und -optimierung dienen und geeignete Modelle, Berechnungsfunktionen und Analysefunktionen vereinen. Anschließend wird die Simulationsumgebung in einer umfangreichen Fallstudie zur systemübergreifenden Planung angewendet. Dazu muss die Simulationsumgebung den aktuellen und erwarteten weiteren Entwicklungen hinsichtlich Systemkopplung und Transformation der drei Systeme gerecht werden. Insgesamt werden die Energieflüsse der gekoppelten Strom-, Gas- und Wärmesysteme dynamischer, vermehrt am vorhandenen oder ausbleibenden Dargebot regenerativer Energie orientiert und die Energiewandlung und Speicherung dezentraler. Die adäquate Modelltiefe für die Analyse derart geprägter Systeme mit sehr dynamischen Betriebszuständen ist eine Abwägung zwischen Rechenzeit sowie benötigter Genauigkeit der Detektion der entscheidenden Zustandsgrößen und hängt von der Untersuchungsfrage ab. Insbesondere der dynamische Betrieb von Systemkopplungsanlagen erfordert kurze Berechnungsintervalle. In der Zeitreihenberechnung von Gas- und Wärmesystemen können, vor allem in großen Systemen und bei variabler Gasbeschaffenheit bzw. Vorlauftemperatur, instationäre Berechnungsmethoden notwendig sein.