Zusammenfassung
Um die ehrgeizigen politischen Ziele zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen im
Stromsektor zu erreichen, stimmen alle relevanten Energieszenarien überein, dass
Deutschland kurz- bis mittelfristig bis 2035 seine Kapazitäten zur Erzeugung erneuerbarer
Energien massiv ausbauen muss. Deutschland ist dabei wie viele andere Länder auch stark
von fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen (fEE) abhängig, insbesondere von der
Wind- und Solarenergie. Die Spezifika der Stromerzeugung von fEE stellen neue und
besondere Herausforderungen an ein zuverlässiges Stromversorgungssystem der Zukunft.
Entsprechend hat die Erforschung der technischen Optionen bei der Integration großer
Anteile von fEE in das Stromnetz in den letzten Jahren stark an Interesse gewonnen.
Allerdings scheinen Energieszenarien die mit der schnellen technologischen Entwicklung
einhergehenden Integrationsoptionen bisher nicht korrekt abzubilden.
In der vorliegenden kumulativen Dissertation wurden ausgewählte technische Optionen für
die Integration erneuerbarer Energiequellen in das Stromnetz im Rahmen einer Fallstudie für
Deutschland sowie ausgewählter Übertragungsnetze in Deutschland untersucht.
Zur Identifizierung und Bewertung der Integrationsmöglichkeiten, widmete sich die Arbeit
den vielversprechendsten technischen Integrationsoptionen in Form von i.)
systemfreundliche Auslegung von Wind- und Solaranalgen; ii.) optimale Kapazitätsanteile
von Wind- und Solaranlagen, iii.) der räumlichen Allokation und Bewertung von
Windenergieanlagen in herkömmlicher als auch systemfreundlicher Auslegung; iv.) und dem
Beitrag welchen die flexible Stromerzeugung aus Bioenergie als Ergänzung zu steigenden
Anteilen an fEE erbringen kann.
Es wurde ein Methodenmix zur Beantwortung dieser Forschungsfragen genutzt, der von der
numerischen Optimierung auf Basis von Zeitreihendaten über die räumliche
Potenzialkartierung und Allokation bis hin zur multikriteriellen Entscheidungsanalyse reicht.
Die Ergebnisse zeigen wie der Übergang zu einem von hohen Anteilen an vRES
gekennzeichneten Stromversorgungssystem erleichtert werden kann. Darunter
Möglichkeiten zur Beschleunigung des Umstiegs auf erneuerbare Energien mit deutlich
reduzierten Erzeugungskapazitäten von Wind- und Solaranlagen, weniger negative
Residuallasten und negativer residualer Energie, verbesserte Sektorenkopplung und die
Potenziale der flexiblen Stromerzeugung aus Bioenergie als Ergänzung zu fEE.:Table of Contents
Abstract
Zusammenfassung
Acknowledgements
List of Publications
List of Acronyms
Table of Contents
I. Introductory chapters
1. Introduction
1.1. Background
1.2. vRES in energy scenarios
1.3. Technical developments and options for the integration of vRES
2. Research questions
3. Methods applied in this PhD thesis
4. Discussion and conclusion
4.1. Summary of the main findings
4.2. Transferability of results and methods
4.3. Relevance and outreach
5. Appendix
6. Literature
7. Appended publications and the individual contribution to the publications
8. Curriculum Vitae (deleted)
9. Selbstständigkeitserklärung / Abstract:
For Germany to achieve its ambitious political targets for the reduction of greenhouse gas
emissions in the electricity sector, major energy scenarios and reports project that the
country will have to expand its renewable power generation capacities massively by 2035. As
is the case for many countries, Germany will have to heavily rely on variable renewable
energy sources (vRES), especially wind and solar photovoltaics. The characteristics of power
production from vRES pose challenges for a stable and reliable future power supply system.
Accordingly, the research into the technical challenges of integrating large shares of vRES
into the power system has therefore attracted much interest in recent years; however,
major energy scenarios seem to not cover integration options associated with the fast
development of vRES correctly and lag behind the fast development in renewable energy
technology.
In this cumulative thesis, selected technical options for the integration of renewable energy
sources into the power supply system have been investigated in a case study of Germany
and a selected transmission system in Germany. To identify and assess these emerging
integration options, the research in this PhD thesis covers the most promising technical
options for the integration of vRES in the form of i) system-friendly layouts of wind and solar
PV; ii) optimal capacity mixes of vRES; iii) the spatial allocation of wind turbines and the
impact assessment of wind turbine allocation; and iv) the contribution of flexible power
generation from biomass to complement vRES. Therefore, a mix of methods has been
applied, ranging from numerical optimization based on time series data, GIS potential
mapping and allocation including a multi-criterial decision analysis.
The results show how the investigated options can facilitate the transition for a power
supply system dominated by high shares of vRES in the near to medium term. A faster
energy transition with significantly reduced overall vRES power generation capacities, less
Excess Energy (EE) generation, improved cross-sectorial energy provision and flexible
bioenergy as a complement to vRES are the major findings of the investigated options in this
thesis.:Table of Contents
Abstract
Zusammenfassung
Acknowledgements
List of Publications
List of Acronyms
Table of Contents
I. Introductory chapters
1. Introduction
1.1. Background
1.2. vRES in energy scenarios
1.3. Technical developments and options for the integration of vRES
2. Research questions
3. Methods applied in this PhD thesis
4. Discussion and conclusion
4.1. Summary of the main findings
4.2. Transferability of results and methods
4.3. Relevance and outreach
5. Appendix
6. Literature
7. Appended publications and the individual contribution to the publications
8. Curriculum Vitae (deleted)
9. Selbstständigkeitserklärung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:75175 |
| Date | 18 June 2021 |
| Creators | Tafarte, Philip |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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