Hinweise für besonders Interessierte
Stromdaten

Die Idee der Strom-zu-Speicher-zu-Strom 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-Charts

Zu jedem Simulationszeitpunkt bedeutet...

    ...reale Leistung

    die von den ausgewählten Energieträgern (Wind onshore, Wind offshore, Photovoltaik) in Deutschland tatsächlich erbrachte Leistung

    ...realer Bedarf

    der tatsächliche Gesamtbedarf an elektrischer Leistung in Deutschland

    ...erhöhte simuluierte Leistung

    die Multiplikation der realen Leistung der ausgewählten Energieträger mit den in Prozent angegebenen Erhöhungsfaktoren Pw und Ps

    ...Soll-Leistung

    die Leistung, die das System liefern soll. Vorgegeben entweder als prozentualer Anteil des realen Bedarfs oder als konstanter Wert

    ...ins Netz gespeiste Ist-Leistung

    die reale Leistung der ausgewählten Energieträger zuzüglich bzw. abzüglich der aus dem Speicher abgegebenen bzw. zugeführten Leistung (um den Soll-Wert zu erreichen)

    ...Verlust

    die elektrischen Energieverluste, die durch die Umwandlung beim Lade- und Entladevorgang sowie im Speicher selbst über die Zeit des Simulationsschrittes entstanden sind.

    ...Speichertransfer

    die elektrische Energie, die im Simulationsschritt dem Speicher beim Überschreiten der Soll-Leistung zugeführt bzw. beim Unterschreiten aus dem Speicher entnommen wurde. Die Änderung des Speicherfüllstandes ist um die Wirkungsgradfaktoren für Hin-und Rückwandlung sowie abzüglich der Verdampfungsverluste/Selbstentladung erniedrigt.

    ...Speicherfüllstand

    die elektrische Energie in GWh, die nach Rückverstromung nutzbar ist.

Grafische Darstellung

Die Simulation wird in 1-Stunden-Schritten gerechnet.
Ist der gewählte Zeitbereich in der Chartgrafik zu groß für eine stundengenaue Darstellung, werden Datenpunkte zu größeren Intervallen zu 3h, 6h, 12h, 24h, Woche oder Monat gruppiert. Als Wert wird der Mittelwert des Intervalls dargestellt mit Ausnahme von Speichertransfer und Speicherfüllstand, deren Energiewerte als Summe dargestellt werden.

Das Simulations-Tool anwenden

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?