PLANETARIUM TALKS: Kostenoptimierte Modellierung einer...

PLANETARIUM TALKS: Kostenoptimierte Modellierung einer dekarbonisierten Fernwärmeversorgung in Flensburg bis zum Jahr 2035

DATUM: Donnerstag 14.12.23 - 18:00
DAUER: 90 Minuten
REFERENT: Kristina Schumacher
PREIS: keine Angabe

Informationen zum Programm

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Szenarienentwicklung für die emissionsoptimierte Energieversorgung einer Fernwärmestadt“ (CERO2) wurde ein lineares Energiesystemmodell im open energy modelling framework oemof in Python zur techno-ökonomische Modellierung einer 100 % erneuerbaren Fernwärmeversorgung der Stadt Flensburg entwickelt.
Die Modellierungsergebnisse leisten einen Beitrag zur Konkretisierung des durch die Flensburger Ratsversammlung beschlossenen Zieles einer klimaneutralen Fernwärmeversorgung Flensburgs bis zum Jahr 2035. Die Einsatz- und Investitionsplanung ist auf den Fernwärmesektor beschränkt und basiert auf realen ortsspezifischen Daten zu Wärmelast, Temperaturkurven und regenerativen Wärmepotentialen. Neben dem Einbezug von regulatorischen Rahmenbedingungen, wie der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze, werden Technologien mit einem hohen technischen Detailgrad und mit zeitabhängig variierender Effizienz in Abhängigkeit von Temperaturprofilen auf Wärmequell- und Abnahmeseite innerhalb der objekt-orientierten Programmierung berücksichtigt. Eine Besonderheit ist zudem die ausgelagerte Simulation eines saisonalen Erdbeckenspeichers, welche eine detaillierte Berücksichtigung von Wärmeverlusten und verringerten Fernwärmetemperaturen am Ausgang des Speichers ermöglicht.
Die Ergebnisse zeigen, dass Großwärmepumpen in Kombination mit verschiedenen Umgebungswärmequellen in allen Szenarien als relevanteste regenerative Versorgungstechnologie identifiziert wurden und über 2/3 der Wärmelast decken. Wasserstoff spielt für die Verwendung im Wärmesektor, trotz vorhandener Gas-Verbrennungsanlagen in Flensburg, eine untergeordnete Rolle. Stattdessen wird die Spitzenlast vorrangig über Holzhackschnitzel und teilweise Booster-Wärmepumpen gedeckt. Geothermale Ressourcen ermöglichen bei entsprechender Verfügbarkeit die geringsten Wärmekosten. Zudem können mögliche (energetische und finanzielle) Einsparungen in Folge von Effizienz- und Suffizienzmaßnahmen quantifiziert werden. Bei der Einordnung der Ergebnisse müssen die gesetzten Rahmenbedingungen sowie gewählte Modelleigenschaften, wie der Ansatz der perfekten Voraussicht, Linearität oder die sektorale Begrenzung, beachtet werden. Nötige mathematische Vereinfachungen führen zu einer Abweichung von in der Realität auftretendem Verhalten, wie z.B. die Vernachlässigung von dynamischen Betriebskennlinien von Anlagen. Dennoch lassen sich auf Basis der Optimierungsergebnisse konkrete Handlungsempfehlungen in Bezug auf das Fallbeispiel formulieren. Bereits durch den gewählten Optimierungsansatz können deutliche Kostenreduktionspotentiale gegenüber der bisherigen statischen Planungsweise ohne Modell aufgezeigt werden. Des Weiteren wird deutlich, dass sich hohe Netztemperaturen negativ auf die Effizienz erneuerbarer Wärmeerzeuger und die assoziierten Kosten auswirken. Effizienzmaßnahmen auf Seiten des Netzes und der Abnehmer zur Absenkung der Netztemperaturen sollten daher dringend forciert werden.

English:

Cost-optimized modelling of a decarbonized district heating supply in Flensburg until the year 2035

As part of the research project "Scenario development for the emission-optimized energy supply of a district heating city" (CERO2), a linear energy system model was developed in the open energy modelling framework oemof in Python. The techno-economic model is used to optimize a 100 % renewable district heating supply for the city of Flensburg.
The modelling results contribute to the concretization of the goal of a climate-neutral district heating supply of Flensburg by the year 2035, which was decided by the Flensburg City Council. The deployment and investment planning is limited to the district heating sector and is based on real site-specific data on heat load, temperature curves and renewable heat potentials. In addition to the inclusion of regulatory framework conditions, such as the federal subsidy “Bundesförderung für effiziente Wärmenetze”, technologies are considered with a high degree of technical detail. Within object-oriented programming, time-dependent varying plant efficiencies are calculated based on temperature profiles of different heat sources and the district heating grid. A special feature is also the external simulation of a seasonal pit storage, which allows a detailed consideration of heat losses and reduced district heating temperatures at the outlet of the storage tank.
The results show that large-scale heat pumps in combination with various ambient heat sources were identified as the most relevant renewable supply technology in all scenarios, covering over 2/3 of the heat load. Hydrogen use plays a minor role in the heat sector, despite two existing gas combustion plants in Flensburg. Instead, the peak load is primarily covered by wood chips and, in some cases, booster heat pumps. If available, geothermal resources allow for the lowest heat costs. In addition, possible (energy and economic) savings as a result of efficiency and sufficiency measures can be quantified. The set framework conditions as well as selected model properties, such as the perfect foresight approach, linearity or sectoral limitation, must be considered when interpreting the results. Necessary mathematical simplifications lead to a deviation from behaviour occurring in reality, such as the neglection of dynamic operating characteristics of plants. Nevertheless, concrete recommendations for action in relation to the case study can be formulated on basis of the optimization results. The selected optimization approach already shows significant cost reduction potentials compared to the previous static planning method without energy system modelling. Furthermore, it becomes clear that high grid temperatures have a negative impact on the efficiency of renewable energy supply and associated cost. Efficiency measures to reduce grid temperatures on the grid as well as on the consumer side should therefore be accelerated.

Eintritt: konstenlos