Dynamische Modellierung der Sektorenkopplung zur Stabilitätsuntersuchung elektrischer Energiesysteme

Für die zukünftige Energieversorgung, die sowohl umweltverträglich als auch volkswirtschaftlich effizient sein soll, gelten gekoppelte Energiesysteme als Lösungsansatz. Dabei verbinden primäre Kopplungstechnologien die Netze der Energieträger Strom, Gas und Wärme miteinander. Ein solches gekoppeltes Energiesystem muss nicht nur Anforderungen hinsichtlich der Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit erfüllen, sondern auch eine hohe Versorgungssicherheit aufweisen. Nur so kann eine gesellschaftliche Akzeptanz der Energiewende gewährleistet werden. Gekoppelte Energiesysteme müssen also einer Analyse unterzogen werden, bevor existierende Energiesysteme zu gekoppelten Energiesystemen transformiert werden können. Bei der Analyse gekoppelter Energiesysteme überwiegt bisher die Beschreibung in Form von Optimierungsproblemen für den stationären Betrieb. Diese erlauben eine gute Abbildung und Optimierung der Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit. Zur Untersuchung der Versorgungssicherheit und den damit verbundenen Themen der Resilienz und Stabilität werden aber andere Modelle und Methoden benötigt. In diesem Kontext bietet sich die Modellierung und Simulation dynamischer Vorgänge, die sich nicht in Form eines Optimierungsproblems beschreiben lassen, an. Dazu werden passende dynamische Komponentenmodelle für gekoppelte Energiesysteme sowie deren Regelungsmechanismen erstellt. Auch die Thematik einer Modellreduktion wird berücksichtigt, um eine numerisch effiziente Untersuchung zu ermöglichen. Die dynamische Modellierung gekoppelter Energiesysteme erlaubt unter anderem Untersuchungen, wie sich die Stabilität des elektrischen Netzes durch die Transformation zu einem gekoppelten Energiesystem ändert. Dabei stellt sich heraus, dass vor allem die Spannungs- und Frequenzstabilität im elektrischen Netz betroffen sind, weil sich die für diese Stabilitätsformen relevanten Zeitbereiche mit denen von Prozessen aus dem Gas- und Wärmesektor überschneiden. Diese dynamischen