Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

WESpe – Technische und ökonomische Systemanalyse für Power-to-Gas-Systeme

Laufzeit: Dezember 2013 - Dezember 2017
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU)
Kooperationspartner: Brandenburgische Technische Universität, DBI-Gastechnologisches Institut GmbH Freiberg, Deutsche Umwelthilfe e. V., Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Projektfokus:
Ergebnis der Systemanalyse einer Power-to-Gas-Anlage mit den Aufgaben Versorgung Wasserstoff-Mobilität und Systemdienstleistung Stromnetz (positive Sekundärregelleistung).
© Fraunhofer ISE
Ergebnis der Systemanalyse einer Power-to-Gas-Anlage mit den Aufgaben Versorgung Wasserstoff-Mobilität und Systemdienstleistung Stromnetz (positive Sekundärregelleistung).
Struktur und Ebenen des Power-to-Gas Systemmodells am Fraunhofer ISE.
© raunhofer ISE
Struktur und Ebenen des Power-to-Gas Systemmodells am Fraunhofer ISE.

Die systemische Relevanz und die Vorteile von Power-to-Gas für ein überwiegend durch erneuerbare Energien versorgtes Energiesystem in Deutschland sind inzwischen in Öffentlichkeit und Forschung allgemein anerkannt und werden durch diverse Studien unterschiedlicher Akteure belegt. Im Fokus der Fachdiskussion stehen jetzt Geschäftsmodelle und konkrete technische Umsetzungen, mit denen Power-to-Gas heute und in den nächsten 20 Jahren eine Rolle im Energiesystem spielen kann. Im Projekt »WESpe« adressieren Wissenschafter der beteiligten Forschungsinstitute die für Power-to-Gas wichtigen Aspekte wie die öffentliche Akzeptanz, Standortbewertung, die Evaluation von Kernkomponenten und Speichern, sowie die technische und ökonomische Systemanalyse mit Hilfe von Simulationsmodellen.

Das Fraunhofer ISE verwendet für das Projektziel »technische und ökonomische Systemanalyse von Power-to-Gas Anlagen« ein am Fraunhofer ISE seit Anfang 2013 in Entwicklung befindliches dynamisches Systemmodell, das sich aufgrund seines modularen Aufbaus, der Trennung in verschiedene Modellebenen (physikalische Ebene, Betriebsführung und Dispatching) und seiner kontinuierlich erweiterten Modellbibliothek für Analysen von Systemarchitekturen, Betriebsstrategien, Geschäftsmodellen sowie Ertragsprognosen sehr gut eignet.

Zur Systemanalyse werden geschäftsmodellspezifische Power-to-Gas-Systemarchitekturen aus den Kernkomponenten Elektrolyseur, Gasreinigung, Kompressor, Speicher, Kälteanlagen und Gasverbraucher entworfen und im Modell nachgebildet. Die Anforderungen seitens der Stromversorgung (bspw. Systemdienstleistung, Verwendung von Überschussstrom oder Stromeinkauf an der Börse) und der Gasseite (bspw. Lieferverpflichtungen, maximale Einspeisemengen) werden über Dispatching-Strategien abgebildet. Limitationen der Komponenten (z. B. maximale Lastwechselrampen, minimale Teillast, Startzeiten, thermische Grenzen) werden mit Betriebsführungsalgorithmen berücksichtigt. Im Spannungsfeld dieser Anforderungen und Limitationen werden Betriebsführung und Dispatching im Modell-Framework getestet und weiterentwickelt, um ein Optimum zu erzielen und ein Verständnis für die kritischen Randbedingungen der Anlage zu erreichen.

Mit den Ergebnissen der modellbasierten Systemanalyse können Power-to-Gas-Geschäftsmodelle, resultierende Betriebsführungsstrategien und Anlagen technisch bewertet werden und eine Datenbasis für die weiterführende ökonomische Betrachtung geschaffen werden.