Die Dissertationsschrift adressiert den Ausbau des Übertragungsnetzes in Deutschland für das Jahr 2030 und beantwortet damit die Frage nach den Einflüssen einer stärkeren Marktintegration der erneuerbaren Energien und die Wirkung dezentraler Speichersysteme auf den Netzausbau, welche in dieser Weise noch nicht analysiert wurden. Zusätzlich werden diesen Szenarien auch die Wirkung von zusätzlichen Einspeisekapazitäten aus erneuerbaren Energien bzw. einer reduzierten Last betrachtet. Schließlich werden die Effekte eines potenziellen Ausstieges aus der Stromerzeugung auf Braunkohlebasis in Gesamtdeutschland bzw. nur Teilen davon thematisiert. Bisherige Untersuchungen fokussierten u.a. die Wirkung von erneuerbaren Energien im Kontext des Ausbaus von europäischen Transportkapazitäten. Diese Analyse bewertet die Auswirkungen auf den Umfang des Netzausbaus mit Auflösung auf einzelnen Trassen, die Integration der erneuerbaren Energien mit hoher regionaler Auflösung und die Systemkosten als Indikator der volkswirtschaftlichen Bewertung. Der in der Arbeit entwickelte Ansatz zur mathematischen Lösung des Optimierungsproblems basiert auf der Weiterentwicklung des Benders-Dekompositionsansatzes. Im Ergebnis zeigt sich, dass eine stärkere Flexibilisierung der Einspeisung den Netzausbaubedarf senken kann. Auch dezentrale Speicher tragen dazu bei, wobei diese Option mit hohen Investitionen einhergeht. Der Zuwachs an Erzeugung aus erneuerbaren Energien führt zu mehr Netzausbau, während eine Reduktion der elektrischen Last diesen Anstieg abmildern kann. Bei der abschließenden Analyse der Wirkung des Braunkohleausstiegs wird der deutlich erhöhte Bedarf an weiteren Übertragungskapazitäten in Deutschland aufgedeckt, während ein auf Ostdeutschland begrenzter Ausstieg eine geringe Reduzierung ermöglicht.:1 Einleitung
1.1 Analyse der Ausgangslage
1.2 Zielstellung und Lösungsweg
1.3 Zusammenfassung
2 Grundlagen zum deutschen Elektroenergiesystem
2.1 Derzeitige Entwicklungen im deutschen Elektroenergiesystem und
Strommarkt
2.2 Derzeitiges Marktdesign und der Einfluss der erneuerbaren Energien auf die Preisbildung
2.3 Einfluss der erneuerbaren Energien auf die Residuallast
2.4 Rolle der Übertragungsnetzbetreiber
2.5 Maßnahmen zur Behebung von Netzengpässen
2.6 Grundlagen zur Abregelung von erneuerbaren Energien
2.7 Planungsverfahren des Netzausbaus
3 Überblick und Klassifizierung von Analysen auf der Basis von Übertragungsnetzmodellen
3.1 Grundlagen zu Modellen in der Energiewirtschaft
3.2 Wirkung von Flexibilitätsmaßnahmen auf den Netzausbau
3.3 Wirkung von Veränderungen des regulatorischen Rahmens auf den Netzausbau
3.4 Ausprägungen des europäischen und deutschen Übertragungsnetzes in Zukunft
3.5 Methodische Ansätze zum Ermitteln bzw. Bewerten des Netzausbaus
3.6 Zusammenfassung zentraler Aspekte der Analyse und Modellierung des Netzausbaus in der
Literatur
4 Formulierung des Übertragungsnetzausbaus im Stromnetzmodell ELMOD
4.1 Anforderungen an das Übertragungsnetzmodell
4.2 Vereinfachte Lastflussmodellierung
4.3 Ausgangsmodell für die Ermittlung des optimalen Übertragungsnetzes
4.4 Anwendung des NOVA-Prinzips im Stromnetzmodell ELMOD
4.5 Investitionen in das Übertragungsnetz
4.6 Modellierung der dezentralen Speicher
4.7 Zusammenfassung der Modellformulierung
5 Dekompositionsmethoden zum effizienten Lösen des Netzausbauproblems
5.1 Mathematische Analyse des Netzausbauproblems
5.2 Verfahren zur Lösung von Optimierungsproblemen
5.3 Anwendung der Benders-Dekomposition für die Berechnung des Netzausbaues
5.4 Anwendung des Karush-Kuhn-Tucker-Systems
6 Definition der Szenarien für die modellgestützte Untersuchung des Übertragungsnetzausbaus
6.1 Grundlagen zur Szenarientechnik
6.2 Begründung für die Nutzung eines deterministischen Optimierungsmodells
6.3 Bestimmung der Prämissen und Deskriptoren
6.4 Szenarienzusammenstellung
6.5 Referenzszenario als wahrscheinlichste Entwicklung des Energiesystems
6.6 Integrationsregime für fluktuierende erneuerbare Energien
6.7 Szenarien zur Reduktion des Netzausbaus durch dezentrale Energiespeicher
6.8 Wirkung eines weiteren EE-Ausbaus und Lastreduzierungen auf den Netzausbau
6.9 Einfluss eines Braunkohleausstiegs auf den Netzausbau
6.10 Aufbereitung übergreifender Eingangsdaten für die Modellierung
6.11 Methodik der Kalibrierung
6.12 Ergebnisse der Kalibrierung
6.13 Zusammenfassung und Überblick
7 Ergebnisse der modellgestützten Analyse
7.1 Ergebnisse des Referenzszenarios
7.2 Analyse verschiedener Integrationsmechanischmen von erneuerbaren Energien auf den Netzausbau
7.3 Auswirkungen von dezentralen Speichersysteme auf den Ausbau des Übertragungsnetzes in
Deutschland
7.4 Analyse ausgewählter Komponenten der energiepolitischen Ziele
7.5 Auswirkungen verschiedener Braunkohleausstiegsszenarien in Deutschland auf den Ausbau des
Übertragungsnetzes
7.6 Übergreifende Analyse der einflussstärksten Gestaltungsoptionen
8 Sensitivitätsanalyse zu ausgewählten szenarioübergreifenden Parametern
8.1 Definition der Sensitivitäten
8.2 Effekte auf die Jahreserzeugungen
8.3 Effekt der Sensitivitäten auf die Treibhausgasemissionen
8.4 Effekt der Sensitivitäten auf die Integration von erneuerbaren Energien
8.5 Effekt der Sensitivitäten auf den Netzausbau
8.6 Effekt der Sensitivitäten auf die Systemkosten
8.7 Fazit zur Sensitivitierung ausgewählter Eingangsgrößen
9 Zusammenfassungen und Ausblick
9.1 Zusammenfassung der Modellentwicklung und Lösung des Optimierungsmodells
9.2 Zusammenfassung der Modellergebnisse
9.3 Beantwortung der aufgestellten Forschungsfragen als Fazit
9.4 Ausblick auf weiterführende Analysen
10 Literaturverzeichnis
A Anhang
A.1 Einführung in die Benders-Dekomposition
A.2 Nichtlineare, kontinuierliche Optimierung
A.3 Grundlagen der Karush-Kuhn-Tucker-Theorie
A.4 Anhang zur Analyse der Wirkung von dezentralen Speichern auf den Ausbau des Übertragungsnetzes
A.5 Anhang zur Analyse der Wirkung der Komponenten der abgeleiteten energiepolitischen Ziele auf den Ausbau des Übertragungsnetzes
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:71602 |
| Date | 02 October 2020 |
| Creators | Gunkel, David |
| Contributors | Möst, Dominik, Buscher, Udo, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-141575, qucosa:27970 |
Page generated in 0.0031 seconds