Forschung

Aktuelle Forschung im Fachgebiet Technik und Ökonomie Multimodaler Energiesysteme

 

Forschungsschwerpunkte sind die Analyse und Optimierung von Energiesystemen zur Beantwortung betriebs- und gesamtwirtschaftlicher Fragen. Hierbei werden die vielfältigen Kopplungen der unterschiedlichen Energiemoden wie Strom, Wärme, Antrieb und stoffliche Umwandlungen betrachtet. Grundlage der Arbeit sind Modelle, Simulations- und Optimierungsverfahren, welche kontinuierlich weiterentwickelt und den neuesten technischen Möglichkeiten von Komponenten und IT angepasst werden.

Für energiewirtschaftliche Analysen regionaler und lokaler Energie­systeme werden Modelle des Stromerzeugungssystems, der Wärmeversorgung sowie des Transports weiterentwickelt. Diese umfassen unter anderem die Primärenergie­versorgung, den erneuerbaren und konventionellen Kraftwerkspark, die Netzanbindung, den Stromhandel sowie Verbraucher mit Bedarfsflexibilität. Anhand dieser Modelle lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher alternativer unternehmerischer und gesetzgeberischer Entscheidungen in einem Versorgungsgebiet und den damit verbundenen Gebieten bewerten. Mithilfe von deterministischen und stochastischen Simulations- und Optimierungsverfahren, die unter anderem die Ungewissheit von Wind, Sonne und Verbrauch erfassen, werden Empfehlungen zur zukünftigen Struktur des Energiesystems erarbeitet sowie die Auswirkungen von Veränderungen der regulatorischen Rahmenbedingungen untersucht. In der Zielfunktion dieser Optimierung können Schadstoffausstoß, Land- und Ressourcenverbrauch, betriebliche und Investitionskosten, Erlöse am Strommarkt und im Vertrieb berücksichtigt werden.

Betreiber von Kraftwerksparks und Stromhandelsgesellschaften sowie industrielle Eigenerzeuger sind fortlaufend bestrebt, die Struktur ihrer Strombeschaffung den ständig veränderlichen Preis- und Zinsniveaus sowie den jeweiligen regulatorischen Rahmenbedingungen optimal anzupassen. Im Rahmen der Forschungsaktivitäten zur betriebswirtschaftlich optimalen Strombeschaffung werden bestehende Strombeschaffungssysteme analysiert und modelliert. Im Einzelnen werden fragestellungsbezogen Modelle für thermische Kraftwerke, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, thermische und elektrische Speicher, Wasserkraftwerke, Solar- und Windkraftwerke sowie Strom- und Wärmebedarf entwickelt. Aufbauend auf dieser Modellierung werden mithilfe deterministischer und stochastischer Optimierungsverfahren unter Berücksichtigung von Gewinn und Risiko pareto-optimale Handlungsalternativen ermittelt, die eine solide Grundlage für unternehmerische investitions- oder desinvestitions-Entscheidungen bieten. Die Auswirkungen der Entscheidungsalternativen auf Umwelt und Ressourcen werden quantitativ bewertet.

Die Zuverlässigkeit der Energieversorgung rückt nicht zuletzt angesichts von einem zunehmenden Anteil Erneuerbarer sowie durch jüngere Erfahrungen mit Naturereignissen und Terror wieder zunehmend in die öffentliche Aufmerksamkeit. Klassische Verfahren betrachten die Versorgungszuverlässigkeit von Energiesystemen jeweils innerhalb einer Energiemode. So gibt es beispielsweise profunde Arbeiten zur Zuverlässigkeit von Stromnetzen. Aufbauend auf diese Arbeiten sollen nun Methoden zur Bewertung der Zuverlässigkeit von multimodal gekoppelten Energiesystemen entwickelt werden. Ziel ist die Quantifizierung des Nutzens der multimodalen Kopplung auf die Versorgungszuverlässigkeit.