1. Motivation
Ein Energieversorgungssystem mit hohen Anteilen fluktuierender Elektrizitätsquellen wie Photovoltaik (PV) und Windkraft zu entwerfen und zu betreiben ist eine Heraus- forderung. Es gibt jedoch viele Länder oder Regionen, die eine Stromversorgung aus 100 % erneuerbaren Energien (EE) anstreben: die Cookinseln [1,2], Costa Rica [3], Dominica [2], Fidschi [4], die Malediven [2], Niue [4], die Region Oberland in Bayern [5], Schottland [6], Tokelau [7], Tuvalu [2] und Vanuatu [4]. Wir verwenden hier das Allgäu als Anschauungsbeispiel für eine solche Region. Um die Größe eines Stromversorgungssystems, das in der Lage ist, eine vorgegebene Stromnachfrage jederzeit zu decken, zu bestimmen, entwerfen wir ein Energiemodell und führen stundenaufgelöste Simulationen für ein ganzes Jahr durch. Das System wird dann unter bestimmten Nebenbedingungen optimiert.
2. Vorgehen
2.1 Systemmodell und Simulation Wir haben für unsere Simulationen ein Modell entwickelt, dass einige wenige Ener- gieproduktions- und -speichertechnologien enthält. Innerhalb des Modells optimieren wir die Größe der Komponenten, unter bestimmten Nebenbedingungen, auf geringste Stromgestehungskosten [8]. Wir berücksichtigen die zwei „unbegrenzt“ zur Verfügung stehenden erneuerbaren Ressourcen Solarstrahlung und Wind sowie zwei wei- tere, deren Potenzial zwar nicht vernachlässigbar aber dennoch beschränkt ist: Wasserkraft und Biomasse. Besonders für hohe EE-Anteile sind Speichertechnologien notwendig. Wir berücksichtigen Batteriespeicher und Power-to-Gas-Anlagen, die Elektrizität in brennbare Gase wandeln, die wiederum als Brennstoff zur Wiederverstromung dienen können. Biomethan aus Biomasse ist ebenfalls einfach speicherbar und ergänzt die anderen Speichertechnologien.
Das Energiesystem wurde in zwei Schritten simuliert. Der erste Schritt war, zu bestimmen, wie viel PV- und Batteriekapazität verbraucherseitig, im Wettbewerb mit dem Netzstrombezugspreis, installiert würde. Die Elemente dieses Simulationsschrittes sind auf der rechten Seite der Abb. 1 dargestellt. Der zweite Schritt war, ein kos- tenoptimiertes netzseitiges System zur Deckung der Residuallast zu konfigurieren. Dieses vom Stromversorger betriebene System enthält als Erzeuger verschiedene EE-Anlagen sowie als Speicher Batterien und Power-to-Gas-Anlagen samt Gasspeicher [8,9]. Ein wichtiger Teil des Systems ist ein Gas-und-Dampf-Kraftwerk. Im nicht- erneuerbaren Fall ist es, dann betrieben mit Erdgas, der einzige Stromerzeuger. Mit steigenden Anteilen erneuerbarer Energie wandelt sich sein Brennstoff kontinuierlich zu EE-Methan.
