KW21 BY 3E: Simulationsgestützte Prognose des elektrischen Lastverhaltens im 21. Jahrhundert

Zielsetzung

Für Planung und Auslegung zukünftiger Kraftwerke sowie zur Betrachtungen zur Notwendigkeit von Stromspeichern werden möglichst genaue Lastgangprognosen benötigt. In diesem Projekt soll ein Energiemodell entwickelt werden, welches einen zukünftigen Stromlastgang für verschiedene Versorgungsnetze bzw. räumliche Bilanzgrenzen bis zum Jahr 2030 generieren kann. Damit werden ein zukünftiger Gesamt-Lastgang und die vertikale Netzlast von Deutschlands erstellt, welche Aussagen zur Änderung von Lastspitzen, Gradienten oder des Verhältnisses der Last im Sommer zur Last im Winter ermöglichen.

Vorgehen

Aufbau des Energiemodells

Basis des Projektes ist die Sammlung und Kategorisierung von Lastgängen, mit einer möglichst genauen Beschreibung der Objekte und der Energieverbraucher. Die Lastgänge stammen aus eigenen Messungen der FfE, aus Messdaten einzelner Unternehmen und von Netzbetreibern. Mittels einer eingehenden Analyse der Lastgänge und statistischer Methoden werden einzelne Verbraucher identifiziert (siehe Abbildung 1). Für jede untersuchte Anlage werden Angaben zum Betrieb erarbeitet (Häufigkeit, Leistung, zeitliche Zusammenhänge). Mit diesen Informationen werden Verbraucher-Module erstellt. Ein Verbraucher-Modul enthält alle benötigten Informationen, wie z.B. spezifische Verbräuche über je einen Verbraucher, mit denen die Erzeugung eines charakteristischen synthetischen Lastgangs möglich ist. Die Verbraucher-Module werden in ein Lastgang-Modell integriert, welches mit Hilfe von flexiblen Parametersätzen Stromlastgänge generiert. Die Parametersätze enthalten Daten über den Bilanzraum, wie z.B. Anzahl der Mitarbeiter, Wohnflächen oder Länge der beleuchteten Straßen.

Die Erstellung von Parametersätzen wird sowohl zur Bildung der Lastgänge, als auch zur Validierung und Anpassung des Modells genutzt. Bei der Top-Down-Validierung werden vorhandene Jahresbilanzen (Energieverbräuche oder Lastgänge, wie z.B. vertikale Netzlast) analysiert, um Daten über das Versorgungsgebiet zu erhalten. Aus diesen Daten werden Parametersätze erstellt, die auf das Lastgang-Modell angewendet werden. Der Vergleich zwischen synthetischen und gemessenen Lastgängen bzw. der Vergleich der Jahresenergiebilanzen ermöglicht eine Validierung und Anpassung des Modells.

Abbildung 1: Modellbildung und Validierung

Neben dem Lastgang der klassischen elektrischen Verbraucher werden auch mögliche Verbraucher fossiler Energie, welche durch Strom substituierbar sind, betrachtet. Dies sind neben Wärmepumpen und elektrischen Direktheizungen in Passivhäusern auch Elektrofahrzeuge. Um Versorgungsgebiete verschiedener Größen abbilden zu können, wird die Gleichzeitigkeit der Lastgänge untersucht und in den Verbraucher-Modulen hinterlegt.

Identifikation zukünftig relevanter Entwicklungen

Soziodemographische Faktoren wie Bevölkerungswachstum, Altersstruktur und Anteil der Erwerbstätigen sowie zukünftige Entwicklungen wie Zu- oder Abwanderung in der Industrie, verstärkte Tagesbetreuung von Kindern in Kindergärten und Schulen sowie der Wegfall des Ladenschlussgesetzes können zu deutlichen Veränderungen im Lastgang führen. Es werden auf Basis von Literatur (z.B. Energiezukunft 2050 und Energiereport IV) und eigenen Annahmen Szenarien bis zum Jahr 2030 definiert. Daraus werden die für den Stromlastgang relevanten Entwicklungen identifiziert und validiert (vgl. Abbildung 2).

Abbildung 2: Erweiterung des Modells auf den zukünftigen Stromverbrauch

Neben der Entwicklung des spezifischen Energieverbrauchs bestehender Gerätegruppen wird auch die Größe der eingesetzten Geräte berücksichtigt, sowie eine Veränderung der Nutzung (z.B. Bildschirmschoner als Dia-Show anstelle Energiesparmodus). Auf Basis bestehender Nischenprodukte werden Produkte identifiziert, welche zukünftig durch eine große Verbreitung den Energieverbrauch beeinflussen.

Neben der Außentemperatur für den Heizwärmebedarf soll auch der Standort (Breitengrad) der Gebäude berücksichtigt werden. Dies hat besonders bei Haushalten Auswirkungen auf die elektrische Last durch Beleuchtung.
Eine verstärkte Tagesbetreuung von Kindern führt nicht nur bei Schulen und Kindergärten zu einer Veränderung des Lastgangs, sondern auch bei Haushalten. Diese Quer- und Verdrängungseffekte der relevanten Entwicklungen werden identifiziert und soweit möglich quantifiziert.

Um die Bandbreite der Veränderungen abschätzen zu können, werden drei Szenarien entworfen: Ein Szenario stellt den wahrscheinlichsten Pfad dar, die anderen Szenarien erzeugen durch Verstärkung bzw. Verringerung der Effekte einen Korridor um diesen Pfad, um die mögliche Schwankungsbreite aufzuzeigen.

Stromerzeuger, wie Photovoltaik oder KWK-Anlagen in den Liegenschaften werden in diesem Projekt nicht betrachtet, da nur der reine Strombedarf erarbeitet werden soll, während die Deckung des Bedarfs mit verschiedenen zentralen und dezentralen Techniken Bestandteil anderer Projekte ist.

Förderung und Projektpartner

Das Projekt wird im Rahmen der Forschungsinitiative KW21 (Phase II) durchgeführt, einer gemeinsamen Förderlinie der Länder Baden-Württemberg und Bayern. Das Gesamtprojekt KW21 basiert auf einer Public-Private-Partnership zwischen öffentlichen Fördermittelgebern und Industriepartnern. Öffentliche Fördermittelgeber  sind die Staatsministerien für Wissenschaft, Forschung und Kunst Bayern sowie für Wirtschaft, Infrastruktur und Verkehr Bayern und das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg.

Der Projektpartner bei diesem Projekt ist die E.ON Energie AG.

Pressemeldungen

• Die FfE startet Verbundprojekt im Rahmen von KW21: KW21 BY 3E

Auftraggeber: STMWFK, STMWIVT, E.ON Energie AG