Hinweise für besonders Interessierte
Stromdaten

Die Idee der Power-to-Gas-to-Power-Simulation

Die Leistungsabgabe der wetterabhängigen, hochvolatilen regenerativen Stromerzeuger Wind und Photovoltaik kann durch Ankoppeln von Wasserstoffspeichern geglättet und bedarfsgerecht gemacht werden. Das P2G2P-Simulationstool erlaubt es, verschiedene Szenarien auf der Basis realer Daten aus der Vergangenheit durchzuspielen und die Größenordnungen von Speichern und benötigter Produktion/installierte Leistung zu kalkulieren.

Das Simulations-Tool

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Zunächst sind die Parameter für das Speichersystem zu definieren:

Die Wirkungsgrade für beide Umwandlungsrichtungen ( Strom ==> Wasserstoff, Wasserstoff ==> Strom ) und den Schwund ( Verdampfungsverlust ) über die Zeit als Rate. Die Vorgaben sind konservativ gewählt und in der Realität wahrscheinlich etwas schlechter. Ein Anpassung ist jederzeit möglich.

Die Werte der drei Variablen Soll-Produktion , erhöhte simulierte Produktion und Speicherkapazität sind nun so zu wählen, dass das Simulationsziel erreicht wird. Eine der drei Größen ist konstant anzusetzen und die beiden anderen sind anzupassen. Eine Simulationsvariante wäre es die erhöhte simulierte Produktion vorzugeben und Speicherkapazität und Soll-Produktion, welche ins Netz gespeist werden soll, zu ermitteln.

Wert für die erreichbare Soll-Produktion ermitteln

Im Beispiel wird für die Jahre 2019 bis 2020 die Produktion als nicht erhöht angenommen (100%=tatsächliche Produktion) und der Wert für die Soll-Produktion (=konstant verfügbare ins Netz gespeiste Produktion) iterativ ermittelt.

Die Speicherkapazität wird zunächst genügend hoch gewählt, hier 50 TWh. Als Soll-Produktion wird 15% des Bedarfs geschätzt und die Simulation durchgeführt.

Das Ergebnis zeigt zu einigen Zeiten eine Unterschreitung des angestrebten Zielwertes der Soll-Produktion . Der Speicher läuft leer. Das heisst, die Soll-Produktion ist zu hoch angesetzt. Ein passender niedrigerer Wert ist durch Versuch zu ermitteln.

Wert für die Speicherkapazität ermitteln

Nachdem ein passender Wert für die Soll-Produktion gefunden wurde, ist noch die optimale Speicherkapazität zu ermitteln. Aus der Kurve Speicherfüllstand wird der maximal erreichte Wert gesucht und ein etwas höherer Wert als Speicherkapazität eingetragen. Wird ein zu niedriger Wert gewählt, wird es Zeiten mit Überproduktion geben, die nicht gespeichert werden kann, weil der Speicher voll ist. Die folgenden Abbildungen zeigen das exemplarisch.

Ergebnis

Die folgenen Abbildungen zeigen das Simulationsergebnis mit den gefundenen optimalen Werten. Zu jedem Zeitpunkt wird die Soll-Produktion erreicht und der Speicher läuft weder leer noch voll.

Beispiel mit  Soll-Produktion  als Vorgabe

Um wieviel muss die installierte Leistung von Wind und Photovoltaik erhöht werden, dass in Kombination mit Speichern eine Grundlast von 45 GWh (Soll-Produktion) gedeckt werden kann? Die Vorgehensweise ist ähnlich wie im ersten Beispiel. Zuerst wird ein großer Speicher gewählt, dann wird hier jetzt die  erhöhte simulierte Produktion  angpasst bis das Ziel erreicht ist. Danach ist wieder die Speicherkapaziät zu optimieren.

Die Abbildungen zeigen das Ergebnis der Simulation:

Diesen iterativen Aufwand, das ´Probieren` könnte man per Computer  und entsprechender Programmierung schneller erledigen.

Aber wo bleiben dann Spaß und Erkenntnisgewinn?

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