dc.description.abstract
Umweltschutzpolitik und allgemeine Klimaschutzverpflichtungen erfordern die Dekarbonisierung aller Wirtschaftssektoren, was eine der größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts darstellt. Die Integration von Energiesystemen verschiedener Wirtschaftssektoren gilt als der geeignetste Weg, diese zu dekarbonisieren und den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Dieser Prozess wird als Sector Coupling bezeichnet und beschreibt das Konzept einer gezielten Verbindung und Interaktion von Energiesektoren zur Flexibilisierung von Angebot, Nachfrage und Speicherung.Ein weiterer wichtiger Weg zur Reduzierung der CO2-Emissionen ist die erweiterte Integration der dezentralen Erzeugung, die zur Dekarbonisierung des Stromvektors beiträgt, und des Gasvektors unter Verwendung von Kopplungskomponenten.In dieser Arbeit liegt der Fokus zunächst auf der Suche nach Parallelität zwischen Strom- und Gasnetz als Präambel für die Beschreibung und Gestaltung von Power-to-Gas-Technologien, also von Technologien, die als Lösung vorgeschlagen werden, um Strom in gasförmige Energieträger umzuwandeln. Anschließend wurde der Effekt der verteilten Energieeinspeisung in beide Netztypen untersucht, um zu verstehen, wie sich das Gasnetz verhält, wenn es mehrere und verteilte Energiequellen umfasst: Gasnetze werden traditionell nur in eine Richtung versorgt.Untersucht wurden das Strom-Niederspannungsnetz und das Niederdruck-Erdgasnetz, die verschiedene Privatkunden versorgen. Alle Privatkunden haben Photovoltaikanlagen auf dem Dach. Die Photovoltaik-Produktion wird zunächst zur Deckung der Stromlast des Kunden verwendet. Der Stromüberschuss wird zur Erzeugung von grünem Methan genutzt, indem Komponenten (Elektrolyseur und Methanisierungsreaktor) gekoppelt und verteilt in das Erdgasnetz eingespeist werden. Die stationären Simulationen für beide Netze wurden mit SINCAL durchgeführt, während die Kopplungskomponenten in Python simuliert wurden.Die Ergebnisse zeigen, dass die Einspeisung von überschüssigem Strom in das Niederspannungsnetz in vielen Szenarien zu Spannungsproblemen führt. Damit ist der Stromverteilnetzbetreiber gezwungen, die weitere Installation von PV-Aufdachanlagen einzustellen. Während die alternative Lösung, d. h. die Produktion von grünem Methan durch Nutzung des Stromüberschusses und dessen Einspeisung in das Niederdrucknetz, keine Druckprobleme verursacht, zeigt dies, dass die technischen Grenzen der Gasnetze viel geringer sind. Der Nachteil besteht darin, dass Kompressoren an Druckreduziergruppen installiert werden müssen, um sie bidirektional zu machen.Ein weiterer großer Vorteil des Gasnetzes für den Gas-Prosumer ist neben der Vermeidung von Druckproblemen die Möglichkeit, den Linepack-Effekt, also die Speicherkapazität der Pipeline, auszunutzen. So kann ein Teil der thermischen Last auch abends gedeckt werden, ohne dass zusätzliche Kosten für die Anschaffung eines Speichers für jede Kundenanlage anfallen. Schließlich hängt ein weiterer Vorteil der in dieser Arbeit vorgeschlagenen Lösung damit zusammen, dass CO2 benötigt wird, um den Methanisierungsprozess zu betreiben.Dies bedeutet, dass ein CO2-Markt entwickelt werden könnte, der große Kraftwerke dazu ermutigt, die CO2-Abscheidung einzuführen, und so dazu beiträgt, die Emissionen nicht nur auf Endverbraucherebene, sondern sogar auf Produktionsebene zu senken.Die ganzheitliche Betrachtung des Lösungsvorschlags wird die Möglichkeit schaffen, im Sommer, wenn die Strom- und Ökogasproduktion den Strom- und Gasbedarf übersteigt, die unterirdischen Speicher zu füllen, sodass zumindest für einige Zeit kein Gas mehr aus Ausland, z.B. Russland, importiert werden muss.
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