Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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Dynamische Stromtarife unter Berücksichtigung des Nutzendenverhaltens: Auswirkungen auf das Verteilnetz

2021 , Stute, Judith , Kühnbach, Matthias

Der voranschreitende Ausbau erneuerbarer Energien sowie der steigende Anteil an Sektorkopplungstechnologien in Haushalten (Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen etc.) stellt die Energiewirtschaft und die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Die Netzbelastung wird aufgrund der genannten Technologien in den kommenden Jahren zunehmen, was zu einem erhöhten Netzausbaubedarf führen kann. Eine Möglichkeit, dieser steigenden Netzbelastung zu begegnen ist es, flexibles Verbrauchsverhalten anzureizen, beispielsweise durch dynamische Stromtarife. Es stellt sich die Frage, ob die heute bereits angebotenen dynamischen Tarife attraktiv für Verbrauchende sind und inwieweit sie die Netzauslastung beeinflussen können. Wir zeigen, dass heutige dynamische Tarife in Verbindung mit einem Energiemanagementsystem attraktiv für Haushalte mit Flexibilitätsoptionen sind. Gleichzeitig steigt die maximal aus dem Netz bezogene Leistung dieser Haushalte bei Nutzung eines dynamischen Tarifs. Unsere Lastflussanalyse zeigt jedoch, dass aufgrund der Durchmischung der im Netzgebiet vorhandenen Tarife die Netzbelastung insgesamt sogar leicht reduziert werden kann. Die Ergebnisse zeigen somit, dass dynamische Tarife zu einer Durchmischung des Verbrauchendenverhaltens führen, das sich positiv auf das Niederspannungsnetz auswirken kann, auch wenn dynamische Tarife nicht explizit netzdienlich ausgestaltet sind.

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Impact of electric vehicles: Will German households pay less for electricity?

2020 , Kühnbach, Matthias , Stute, Judith , Gnann, Till , Wietschel, Martin , Marwitz, Simon , Klobasa, Marian

High energy efficiencies imply that electric mobility is regarded as an important technological option to reduce greenhouse gas emissions from the transport sector. However, electric vehicles (EVs) also have impacts on electricity grids and electricity generation. Hence, this paper explores how private EVs affect residential electricity prices in Germany. We examine effects of EVs on electricity generation, the contribution of controlled charging and impacts on distribution grid grids. We show that in 2030, private EVs can reduce the electricity prices for households since at distribution grid level, the additional electricity demand increases the overall utilisation of the grid and lowers specific costs. Because the additional load of EVs leads to an increased usage of power plants with higher variable costs, there is the opposite effect on electricity generation costs, although limited by controlled charging. Overall, the effect of rising electricity generation costs is usually overcompensated by falling specific grid charges.

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#34 Stromnetze

2021 , Stute, Judith , Fritz, Markus , Wesche, Julius

Um mit dem starken Ausbau von Wind- und Solarenergie mithalten zu können muss die Stromnetzinfrastruktur in Deutschland ertüchtigt und ausgebaut werden. Speziell werden neue Trassen benötigt, um Windstrom von den Erzeugungsanlagen im Norden zu den industriellen Großverbrauchern im Süden zu transportieren. Aber auch auf lokaler Ebene müssen Netze erneuert werden, um mit der immer dezentraleren Erzeugung umgehen zu können. Um einen Überblick über die Herausforderungen und Entwicklung bei den Stromnetzen zu erhalten, haben wir Judith Stute eingeladen. Judith forscht am Fraunhofer IEG im Bereich Integrated Energy Infrastructure und promoviert am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Wenn ihr diese Folge hört werdet ihr von Judith lernen, wie Stromnetze aufgebaut sind und wie sie funktionieren. Ihr werdet dabei nicht nur lernen was Übertragungsnetze und Verteilnetze sind, sondern auch welche Herausforderungen wir beim Ausbau der Netze gerade lösen dürfen und warum es durchaus ein paar Jahre beansprucht, bis eine neue Nord-Süd-Trasse gebaut ist.

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Sector coupling technologies in gas, electricity, and heat networks. Competition or synergy?

2020 , Oberle, Stella , Stute, Judith , Fritz, Markus , Klobasa, Marian , Wietschel, Martin

Current investment in distribution networks for electricity, gas, and heat is high, and the distribution networks play a prominent role in the necessary transformation of the energy system. This paper provides insights into the relationship between residential end-user decisions on heat supply and their effect on infrastructure planning. Therefore, the gas, electricity, and heat networks are analyzed together. After a review of the characteristics of the networks, the most common sector coupling technologies are compared economically and environmentally. The results show that, under the assumptions made, heat pumps are the cheapest option for residential end-users in the long run. This raises the question of whether a parallel development of three different infrastructures for the heat supply of buildings is the best path to a successful energy transition.

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Impacts of avalanche effects of price-optimized electric vehicle charging - Does demand response make it worse?

2021 , Kühnbach, Matthias , Stute, Judith , Klingler, Anna-Lena

Electric vehicles (EVs) are expected to provide substantial potential for demand response (DR) and, thus, the integration of renewable electricity sources in the future energy system. However, DR can also have noticeable negative consequences, so-called avalanche effects. We systematically assess under which circumstances avalanche effects occur and what impact they have on the electricity system and cost savings for EV owners. Our results show that DR can provoke unwanted avalanche effects, which are particularly strong beyond 2030, when the leverage of EV charging will have increased to a significant level. It is possible to avoid avalanche effects by using a dynamically updated DR signal. If this is used, our findings confirm that shifting charging load from peaks to hours of low or negative residual load reduces the peak and variance of residual load and facilitates the integration of renewables.

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