Energiesystem#
Im Folgenden wird der Aufbau des in Digiplan verwendeten Energiesystems für die Region Anhalt-Bitterfeld-Wittenberg beschrieben. Die Generierung der Energiesystemdaten für die App ist Teil der Developer Docs.
Das Energiesystem im Überblick#
Schematische Darstellung:
In den Modellen wird das Energiesystem für das Jahr 2045 aufgestellt. Dabei wird sich am derzeitigen Energiesystem orientiert, dessen Komponenten u.a. auf den Daten des Marktstammdatenregisters (MaStR) beruhen.
Annahmen und Vereinfachungen#
Es werden die folgenden Annahmen und Vereinfachungen getroffen:
- Für die Prognosen (z.B. Energieträger, Verbräuche) werden die BMWK Langfristszenarien verwendet, vgl. Datensatz BMWK Langfristszenarien.
- Biomasse wird unterteilt in: feste, gasförmige und flüssige Biomasse.
- Die Vorhersage zur Entwicklung der Biomasse geschieht auf der Basis von: "Technoökonomische Analyse und Transformationspfade des energetischen Biomassepotentials (TATBIO)", vgl. Datensatz dbfz_biomass_heat_capacities.
- Flüssige Biomasse wird im Jahr 2045 ausschließlich im Verkehrsektor eingesetzt.
- Der Verkehrssektor wird vernachlässigt. Demnach entfällt der Einsatz flüssiger Biomasse.
- Es wird kein Biogas importiert: Sämtliches Biogas wird regional durch Biomasse erzeugt.
- Der Bus Methan steht stellvertretend für einen Bus für klimaneutrale Gase. Es handelt sich um eine Mischung aus grünem Wasserstoff und Biomethan. Immer wenn von Methan gesprochen wird, ist diese Gasmischung gemeint.
- Der Energieträger Braunkohle ist nur relevant zur Berechnungen der Emissionen zum Status quo.
- Für das Jahr 2045 ist kein Import von Braunkohle vorhergesehen.
- Es wird das Jahr 2045 in stündlichen Schritten betrachtet.
- Sämtliche Zeitreihen liegen in dieser Auslösung vor oder werden in diese Auflösung übersetzt.
- Es handelt sich um eine Dispatch Optimierung.
- Sämtliche Kapazitäten und Energiemengen bis auf die der Importe und Exporte sowie die der Speichertechnologien sind fix gesetzt.
- Die Optimierung findet nach dem Perfect-Forsight-Prinzip über den Zeithorizont eines Jahres statt.
- Die Strombedarfe werden je Sektor (Haushalte, GHD, Industrie) aggregiert abgebildet, vgl. Datensatz demand_electricity_region.
- Die Wärmebedarfe werden je Sektor (Haushalte, GHD, Industrie) abgebildet, unterteilt in zentral (Fernwärmenetze) und dezentral, vgl. Datensatz demand_heat_region.
- Es erfolgt keine Modellierung der Strom- und Wärmenetze.
Das Energiesystem im Detail#
Busse#
Die folgenden acht Energieträger sind die Busse im Energiesystem:
- Elektrizität
- Zentrale Wärme
- Dezentrale Wärme
- Methan
- Holz
- Braunkohle
- Biomassse
- Biogas
Erzeugungstechnologien#
Volatile Erzeugungsanlagen werden mit der oemof.tabular Komponente volatile abgebildet. Die folgenden Erzeugungsanlagen werden im Energiesystem betrachtet:
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Wind | Elektrizität | Onshore-Wind | wind-onshore | |
| PV (ground) | Elektrizität | Freiflächen-PV | solar-pv_ground | |
| PV (rooftop) | Elektrizität | Aufdach-PV | solar-pv_rooftop | |
| Cen. Solar thermal collector | Elektrizität | Zentrale Solarthermie | solar-thermalcollector_central | |
| Dec. Solar thermal collector | Elektrizität | Dezentrale Solarthermie | solar-thermalcollector_decentral | |
| RoR | Elektrizität | Laufwasserkraftwerk | hydro-ror |
Import und Export#
Strombezug aus dem Stromnetz wird mittels einer oemof.tabular Komponente shortage abgebildet. Mit dieser Komponente wird auch der Bezug von Biomethan abgebildet und der von Holz und etwaiger Braunkohle.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Electricity Import | Elektrizität | Bezug aus dem Stromnetz | electricity-import | |
| Methane Import | Methan | Bezug von Methan | ch4-import | |
| Wood Import | Holz | Bezug von Holz | wood-import | |
| Lignite Import | Braunkohle | Bezug von Braunkohle | lignite-import | |
| Biomass Import | Biomasse | Bezug von Biomasse | biomass-import |
Es wird der Export von Strom berücksichtigt. Der Verkauf von Strom aus der Region wird mit der oemof.tabular Komponente excess abgebildet.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Electricity Export | Elektrizität | Verkauf von Strom | electricity-export |
Bedarf#
Die Sektoren Haushalte (HH), Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (CTS) sowie Industrie (Industry) haben einen Bedarf an Elektrizität, zentraler Wärme und dezentraler Wärme. Der jeweilige Bedarf wird im Modell mit der oemof.tabular Komponente load abgebildet.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| BEV demand | Elektrizität | Strombedarf für Elektrofahrzeuge | electricity-bev_charging | |
| Electricity demand sector HH | Elektrizität | Strombedarf Haushalte | electricity-demand_hh | |
| Electricity demand sector CTS | Elektrizität | Strombedarf CTS | electricity-demand_cts | |
| Electricity demand sector Industry | Elektrizität | Strombedarf Industrie | electricity-demand_ind | |
| Cen. heat demand sector HH | Zentrale Wärme | Bedarf an zentraler Wärme Haushalte | heat_central-demand_hh | |
| Cen. heat demand sector CTS | Zentrale Wärme | Bedarf an zentraler Wärme CTS | heat_central-demand_cts | |
| Cen. heat demand sector Industry | Zentrale Wärme | Bedarf an zentraler Wärme Industrie | heat_central-demand_ind | |
| Dec. heat demand sector HH | Dezentrale Wärme | Bedarf an dezentraler Wärme Haushalte | heat_decentral-demand_hh | |
| Dec. heat demand sector CTS | Dezentrale Wärme | Bedarf an dezentraler Wärme CTS | heat_decentral-demand_cts | |
| Dec. heat demand sector Industry | Dezentrale Wärme | Bedarf an dezentraler Wärme Industrie | heat_decentral-demand_ind |
Wärmeerzeuger und weitere Wandler#
Wärmeerzeuger und weitere Wandler werden mittels der oemof.tabular Komponente conversion eingebunden.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| GT | Methan | Elektrizität | Gasturbine | ch4-gt |
| Cen. HP | Elektrizität | Zentrale Wärme | Zentrale Wärmepumpe | electricity-heatpump_central |
| Dec. HP | Elektrizität | Dezentrale Wärme | Dezentrale Wärmepumpe | electricity-heatpump_decentral |
| Cen. PtH | Elektrizität | Zentrale Wärme | Zentrale Power-to-Heat | electricity-pth_central |
| Dec. PtH | Elektrizität | Dezentrale Wärme | Dezentrale Power-to-Heat | electricity-pth_decentral |
| Cen. Gas boiler | Methan | Zentrale Wärme | Zentrale Gasboiler | ch4-boiler_central |
| Dec. Gas boiler | Methan | Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasboiler | ch4-boiler_decentral |
| Wood Oven | Holz | Dezentrale Wärme | Dezentraler Holzofen | wood-oven |
| Coal Oven | Braunkohle | Dezentrale Wärme | Dezentraler Braunkohleofen | lignite-oven |
| Biogas plant | Biomasse | Biogas | Biogasanlage | biomass-biogas_plant |
| Biogas upgrading plant | Biogas | Methan | Biogasaufbereitung | biogas-biogas_upgrading_plant |
Kraft-Wärme-Kopplung#
Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird zwischen Gas-Turbinen mit Abhitzekessel und Blockheizkraftwerken unterschieden. Für Gas-Turbinen mit Abhitzekessel wird die oemof.tabular Komponente Komponente extraction_turbine verwendet.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Cen. CCGT | Methan | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | ch4-extchp_central |
| Dec. CCGT | Methan | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | ch4-extchp_decentral |
| Cen. CCGT | Holz | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | wood-extchp_central |
| Dec. CCGT | Holz | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | wood-extchp_decentral |
Für Blockheizkraftwerke wir auf die oemof.tabular Komponente Komponente backpressure_turbine zurückgegriffen, welche einer Conversion Komponente mit zwei Ausgängen ähnelt und daher vereinfachend zum Abbilden eines BHKWs verwendet werden kann.
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Cen. CHP | Methan | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrales Blockheizkraftwerk | ch4-bpchp_central |
| Dec. CHP | Methan | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrales Blockheizkraftwerk | ch4-bpchp_decentral |
| Cen. CHP | Biogas | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrales Blockheizkraftwerk | biogas-bpchp_central |
| Dec. CHP | Biogas | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrales Blockheizkraftwerk | biogas-bpchp_decentral |
Speicher#
Die folgenden Speicher sind im Energiesystem von ABW mittels der oemof.tabular Komponente Komponente storage eingebunden:
| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname |
|---|---|---|---|---|
| Small Battery | Elektrizität | Elektrizität | Heimbatterien | electricity-small_scale_battery |
| Large Battery | Elektrizität | Elektrizität | Großbatterien | electricity-large_scale_battery |
| Cen. TES | Zentrale Wärme | Zentrale Wärme | Zentrale thermische Energiespeicher | heat_central-storage |
| Dec. TES | Dezentrale Wärme | Dezentrale Wärme | Dezentrale thermische Energiespeicher | heat_decentral-storage |