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Speicherbedarf und Systemkosten in der Stromversorgung für energieautarke Regionen und Quartiere (Möller 2020)

Caroline Möller

Dissertation

Abstract — Energieautarkie ist ein zentrales Thema im Transformationsprozess zu einer Versorgung aus 100 % Erneuerbaren Energien, sowohl auf Regions- als auch auf Quartiersebene. Im regionalen Kontext wird hauptsächlich bilanzielle Vollautarkie angestrebt, auf Quartiersebene hingegen real energetische Teilautarkie. Für die bilanziellen Konzepte auf regionaler Ebene ist der Ausbau von Speichern nicht erforderlich. Auf Quartiersebene hingegen sind teilautarke Konzepte mit Stromspeichern weit verbreitet. Ausgehend von den regionalen Bestrebungen nach Autarkie, den realen Umsetzungsmöglichkeiten auf Quartiersebene und der Notwendigkeit von Speichern im Gesamtsystem wird der Einfluss der Größe der teilautarken Systeme auf Regions- und Quartiersebene auf den Speicherbedarf und die resultierenden Systemkosten untersucht. Damit wird die Frage beantwortet, bis zu welchem Grad Energieregionen und energetische Quartiere ihre autarken Versorgungsziele unter Berücksichtigung von Speichern sinnvoll umsetzen können. Zur Beantwortung der Fragestellungen wurden Energiesystemanalysen auf Basis von linearer Optimierung für eine Bandbreite an Systemgrößen aus regionaler und Quartiersperspektive durchgeführt und aus technisch-ökonomischer Sicht bewertet. Basis für die Untersuchungen ist die Masterplan-Modellregion „Osnabrück-Steinfurt“. Auf Quartiersebene wurden fiktive und reale Zusammenschlüsse von Haushalts-, Gewerbe- und Landwirtschaftsgebäuden mit unterschiedlichen Photovoltaik-Ausbauszenarien abgebildet. Darüber hinaus wurden, ergänzend zum systemischen Optimum, resultierende Speicherbedarfe, die sich aus einer betriebswirtschaftlichen Rentabilität ergeben, untersucht. Auf Regionsebene zeigen die Ergebnisse, dass die Größe des teilautarken Systems einen starken Einfluss auf den Speicherbedarf und die Systemkosten hat. Die Versorgung von Regionen auf Landkreisebene lässt sich unter bestimmten Voraussetzungen im Bereich von 80 bis 90 % real autark abbilden. Auf Gemeindeebene ist eine autarke Betrachtung der Stromversorgung aufgrund der starken Heterogenität der Gemeinden in Erzeugung und Verbrauch nicht sinnvoll. Die Untersuchungen auf Quartiersebene zeigen deutliche Synergien bei der Vernetzung einzelner Haushalte und der Nutzung eines gemeinsamen Quartierspeichers. Im Vergleich zur Regionsebene führt die Umsetzung von Speichern auf Quartiersebene zur Erreichung vergleichbarer Autarkiegrade zu deutlich höheren spezifischen Speicherkapazitäten und Systemkosten. Aus Akteurssicht jedoch lohnt sich ihre Investition und führt zu ähnlich hohen Autarkiegraden wie auf Regionsebene.

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