Forschungsprojekt ZellNetz2050

Die Energiewende in Deutschland und vielen anderen Ländern der Welt birgt gänzlich neue Herausforderungen für die Energieversorgung. Adäquate und zuverlässige Energiesysteme - insbesondere im elektrischen System - sind die Grundvoraussetzungen für unsere moderne Zivilisation und einer leistungsfähigen Wirtschaft. Die Transformation hin zu erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie geht wegen des größeren Flächenbedarfs mit einer geographischen Verschiebung der Erzeugungsschwerpunkte in den ländlichen Raum sowie zunehmend auf das Meer einher. Der fluktuierende und volatile Charakter der dargebotsabhängigen erneuerbaren Energiequellen führt zudem zu einer steigenden zeitlichen Verschiebung zwischen Erzeugung und Verbrauch. Ohne angemessene Änderungen an der Struktur, Organisation und Regelung der Energiesysteme würde ein großer Teil des Angebots an erneuerbaren Energien ungenutzt bleiben, da nicht zeitgleich ausreichend Lasten bzw. Speicher zur Verfügung stünden oder die Energienetze nicht leistungsfähig genug wären. Solche Einschränkungen bei der Nutzung erneuerbarer Energien müssten häufig mit konventionellen Kraftwerken ausgeglichen werden, was bei Nutzung fossiler Brennstoffe dem Ziel der Klimaneutralität in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts widersprechen würde. Offensichtlich ist daher die Integration von Flexibilitäten wie Speichern und Sektorkopplungen in großem Maßstab essentiell für das Gelingen der Energiewende und eine sichere Energieversorgung der Zukunft. Es stellt sich also die Frage, wie ein klimaneutrales Energiesystem der Zukunft hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit unter Nutzung erneuerbarer Energien und Flexibilitäten optimal organisiert, geplant und betrieben werden kann.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Forschungsprojekt "ZellNetz2050" verfolgt das Ziel, auf Basis des Zellularen Ansatzes, der in Deutschland im Juni 2015 vom VDE formuliert wurde, ein umfassendes System- und Marktkonzept zu entwickeln und simulativ einen Proof-of-Concept für ein zellulares Energiesystem zu erbringen. Dabei werden alle Energiesektoren und die Kopplungen zwischen ihnen sowie alle Anwendungsbereiche in Industrie, Mobilität und Gebäuden betrachtet. Der Simulation liegt dabei eines der umfangreichsten und granularsten Energiesystemmodelle zu Grunde, was Untersuchungen von der nationalen Betrachtungsebene bis zu einzelnen Hausanschlüssen ermöglicht. Es kommen sowohl ein Optimierungsmodell, das im Stundenraster alle verbundenen Technologien hinsichtlich ihres gesamtwirtschaftlichen Einsatzes optimiert, als auch ein Echtzeit-Betriebsführungsmodell, mit dem bei einer Frequenzauflösung von 100 Millisekunden grundsätzlich gezeigt wird, dass das entwickelte Systemkonzept auch aus betrieblicher Sicht handhabbar ist. Der Szenariorahmen basiert dabei auf einem annähernd Klimaneutralen Szenario für das Jahr 2050, das der dena-Leitstudie "Integrierte Energiewende" aus dem Jahr 2018 entnommen ist, und wird ergänzt durch verschiedene Prognosen über den Stand der Technik relevanter Technologien für das Zieljahr.