Abschlussbericht des Forschungsvorhabens »SESAME SEED«

Im Zuge der notwendigen Integration fluktuierend eingespeisten Stroms aus erneuerbaren Energien werden Energiespeicher immer wichtiger. Energiesystemanalytische Studien mit Forschungsfragen zum zukünftigen Bedarf an Energiespeichern nutzen unterschiedlichste Modelle sowie Datengrundlagen. Ausgangslage für das vorliegende Projekt war, dass diese i.d.R. proprietären Modelle auf unterschiedlichen, teils nicht näher dokumentierten Annahmen basieren und Energiespeicher teilweise deutlich vereinfacht bzw. mit stark unterschiedlichem Detaillevel abbilden. Ebenso haben die genutzten Eingangs-Datensätzen häufig eine geringe zeitliche und räumliche Auflösung. Ziel des Projektes war es daher einen Beitrag zu leisten einerseits zur Verbesserung der Modellkonsistenz über die verschiedenen Detail-Level und andererseits zur Verbesserung der Eingangsdatenlage für Energiespeichermodelle. Darüber hinaus stellte das Projekt einen Kernbeitrag zum IEA Annex 32 'Open Sesame - Open Source Energy Storage Models' dar, welcher aus Sesame Seed heraus initiiert und geleitet wurde. Für die Verbesserung der Modellkonsistenz leistete das Projekt zwei Hauptbeiträge. Zum einen wurde eine übertragbare Toolchain entwickelt, mit deren Hilfe genauere Modellformulierungen und -parametrierungen abgeleitet werden können für die generische Abbildung von Energiespeichern in (trans-)nationalen und lokalen Energiesystemmodellen auf Basis von gemischt-ganzzahliger, linearer Optimierung. Die Toolchain wurde am Beispiel eines Pumpspeicherkraftwerks und eines Druckluftenergiespeichers beispielhaft angewendet. Darüber hinaus werden Hinweise zur Abbildung von Pumpspeicherkraftwerken und Druckluftenergiespeichern in lokalen Energiesystemen mit Hilfe von genaueren, analytisch aus physikalischen Größen hergeleiteten Modellen gegeben sowie auf Herausforderungen bei der Abbildung von thermischen Energiespeichern eingegangen. Die Toolchain steht mitsamt über diesen Abschlussbericht hinausgehenden Erläuterungen open source als Github-Repository zur Verfügung. Der zweite Hauptbeitrag zur Verbesserung der Modellkonsistenz bestand darin, dass das transnationale Energiesystemmodellframework REMix des DLR fortentwickelt wurde, indem verschiedene technologische Features von Energiespeichern wie bspw. ihr Teillastverhalten oder ihre Alterung detaillierter abgebildet wurden. Hiermit wurden anschließend eine Vielzahl an Szenarien- und Sensitivitätsrechnungen durchgeführt und verglichen, welchen Einfluss die verschiedenen Modellierungsvarianten auf das Ergebnis haben, d.h. auf den künftigen Energiespeicherbedarf in Deutschland. Es zeigte sich, dass das Ergebnis im Wesentlichen durch die Rahmenannahmen (bspw. Emissionsreduktionsziele) dominiert wird und weniger durch die abgebildeten Technologiemerkmale. Im Vergleich der verschiedenen untersuchten Technologiemerkmale zeigte sich die Alterung als das einflussreichste Merkmal. Die neu entwickelten Features wurden in die open source verfügbare Version von REMix integriert. Für die Verbesserung der Eingangsdatenlage für Energiespeichermodelle wurden zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Jahreszeitreihen für die Windstromerzeugung, die Solarstromer-zeugung und die Stromnachfrage gesammelt bzw. generiert. Ein wesentlicher Fortschritt des Projektes lag darin, dass durch Ausschöpfung der etablierten HELIOSAT-Methode die räumliche Auflösung von Solarstrahlungsdaten von 6x6 km auf 1x1 km erhöht werden konnte sowie die zeitliche Auflösung von stündlichen auf viertelstündliche Daten. Zudem wurde die Flächenverfügbarkeit von PV-Anlagen auf Dach- und landwirtschaftlichen Flächen analysiert. Darüber hinaus wurden Dunkelflaute- und langfristige Unterdeckungssituationen untersucht; die Ergebnisse zeigen, dass in Energieversorgungssystemen mit hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energieträger ein Ausgleich mehrjähriger Unterdeckungssituatio-nen nötig sein kann.