Fachtagung der Forschungsstelle für Energiewirtschaft

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1 Fachtagung der Forschungsstelle für Energiewirtschaft Perspektiven für ein effizienteres Energiesystem Fachtagung 2017 der vom 5. bis 7. April 2017 Doktoranden-Symposium 6. April 2017

2 Doktoranden Symposium Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh Impressum Tagungsheft (Doktoranden-Symposium) zur Fachtagung Perspektiven für ein effizienteres Energiesystem, vom 6. bis 7. April 2017 in der Bayerischen Akademie für Wissenschaften in München Energiewirtschaft e. V. (FfE), Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wagner (Herausgeber) Kontakt Am Blütenanger 71, München Tel.: +49 (0) ; Fax: +49 (0) Internet: Wissenschaftlicher Leiter Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wagner Geschäftsführer Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch Projektmanager Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini Vertrieb, München Konzeption und Redaktion Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Roger Corradini, Annette Doll 1. Auflage 2017

3 Die Energiewende als wissenschaftliche Herausforderung Beiträge aus der Forschung Leitung: Dr.-Ing. Peter Tzscheutschler, Akademischer Oberrat am Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik, TU München 09:30 Ankunft und Registrierung 10:00 Begrüßung und Einführung 10:10 Die zirkuläre Energiewirtschaft Potenziale der Kreislaufwirtschaft für die zukünftige Energieversorgung Anika Regett, FfE e.v. 10:35 Market based control for energy systems within micro-grids Wessam El-Baz, IfE, TU München 11:00 Schiefergas und Südafrikas Emissionsversprechen Teil der Lösung oder Teil des Problems? Clara Orthofer, IfE, TU München 11:25 Agentenbasierte Simulation und Optimierung variabler Stromtarife Michael Hinterstocker, FfE GmbH 11:50 Diskussion 12:00 Mittagsimbiss

4 Doktoranden Symposium

5 Die Energiewende als wissenschaftliche Herausforderung Beiträge aus der Forschung Moderation Dr.-Ing. Peter Tzscheutschler Akademischer Oberrat am Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik, TU München

6 Doktoranden Symposium Anika Regett Energiewirtschaft e. V., München Die Liberalisierung der Energiemärkte und die Energiewende führen zu einem grundlegenden Umbau der Energieinfrastruktur. Hierfür werden neue Technologien benötigt, die mit einem erhöhten Bedarf an kritischen Rohstoffen einhergehen. Diese Entwicklung stellt jedoch nicht nur ein Risiko dar, denn zirkuläre Ansätze aus der Kreislaufwirtschaft (engl. Circular Economy) wie beispielsweise die Lebensdauerverlängerung durch Weiterverwendung, können zu einer Steigerung der Rohstoffproduktivität führen und gleichzeitig mit neuen Wertschöpfungsmöglichkeiten für die Akteure einhergehen.

7 Die zirkuläre Energiewirtschaft Potenziale der Kreislaufwirtschaft für die zukünftige Energieversorgung Am Beispiel von Permanentmagneten aus Windenergieanlagen und Lithium-Ionen-Traktionsbatteriespeichern wird im Rahmen des Vortrags exemplarisch die entwickelte Methodik zur systematischen Identifikation von kritischen Rohstoffeinsparpotenzialen durch zirkuläre Ansätze erläutert. Dabei wird zunächst auf das Kritikalitätsscreening-Verfahren zur Identifikation rohstoffkritischer Energietechnologien eingegangen. Anschließend werden für Permanentmagnete aus Windenergieanlagen anhand einer Materialflussanalyse die Verluste des kritischen Rohstoffs Neodym über den aktuellen Lebenszyklus der Technologie und Einsparpotenziale durch Recycling aufgezeigt. Die Bilanzierung von Zweitanwendungen auf Technologieebene erfolgt über das Konzept des substituierbaren Neuprodukts, welches anhand des Fallbeispiels Lithium-Ionen-Traktionsbatterie erläutert wird. Abschließend wird im Ausblick auf die Bewertung der Auswirkungen von zirkulären Ansätzen auf Systemebene, wie beispielsweise die Rückkopplungen mit den Rohstoffmärkten, eingegangen. für Ihre Notizen

8 Doktoranden Symposium Wessam El-Baz Technische Universität München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik The ongoing change of energy policies has been paving the path to a more sustainable energy production via the smart grids. The developed legal framework has encouraged the households to install PV systems, batteries and micro combined heat and power plants (micro-chp) to increase their own economic benefit. A home energy management system (HEMS) has been taking over the responsibility of managing the available in-house energy generation systems, and shiftable loads such as white goods, heat pumps or electrical vehicles. The economic benefit generated by the HEMS is localized and dependent on the in-house energy generation systems' capabilities. Consequently, a smart community microgrid, in which a local energy management system (LEMS) is integrated, provides not only an optimal planning within the microgrid, but also within the building itself via coordinating with the HEMS. The main challenges facing the LEMS are the data privacy of the households, decision decentralization, and fair division of economic benefit. In this paper, a micro-market is presented for the smart

9 Market based control for energy systems within micro-grids microgrids, where in-house energy supply and demand devices are participating to maximize economic benefit, and microgrid autonomy. Übersetzung: Der derzeitige Wandel der Energiepolitik ebnet den Weg zu einer nachhaltigeren Energieproduktion mit Hilfe intelligenter Netze. Der entwickelte Rechtsrahmen ermutigt die Haushalte, PV-Anlagen, Batterien und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (Mikro-KWK) zu installieren, um ihren eigenen wirtschaftlichen Nutzen zu erhöhen. Ein Haus-Energie-Management-System (HEMS) übernimmt die Verantwortung für die Verwaltung der verfügbaren internen Energieerzeugungsanlagen und schaltbare Lasten wie Weiße Ware, Wärmepumpen oder Elektrofahrzeuge. Der ökonomische Nutzen des HEMS ist lokal und abhängig von der Leistung der eigenen Energieerzeugungsanlagen. Ein intelligentes Community Micro-grid, in dem ein lokales Energiemanagementsystem (LEMS) integriert ist, bietet somit nicht nur eine optimale Planung innerhalb des Micro-grid, sondern auch innerhalb des Gebäudes selbst über die Koordination mit dem HEMS. Die großen Herausforderungen, vor denen das LEMS steht, sind die Privatsphäre der Haushalte, die Dezentralisierung der Entscheidungsfindung und die gerechte Aufteilung des wirtschaftlichen Nutzens. In diesem Beitrag wird ein Mikromarkt für die intelligenten Micro-grids vorgestellt, bei dem die internen Energieversorgungsverbraucher beteiligt sind, um den wirtschaftlichen Nutzen und die Micro-grid-Autonomie zu maximieren. für Ihre Notizen

10 Doktoranden Symposium Clara Orthofer Technische Universität München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik Südafrikas rapide wachsende Energienachfrage sowie die immer stärker spürbaren Auswirkungen des Klimawandels konfrontieren das Land mit einer neuen Herausforderung: Wie kann Südafrika einerseits den Energiehunger seiner Bevölkerung stillen und gleichzeitig seine CO2-Emissionen reduzieren?

11 Schiefergas und Südafrikas Emissionsversprechen Teil der Lösung oder Teil des Problems? Um den Beitrag, den Schiefergas zur Lösung dieser beiden gegensätzlichen Ziele leisten kann, zu analysieren, haben wir ein lineares kostenminimierendes Optimierungsmodell des südafrikanischen Energiesystems (MeSA) von dem integrierten Assessment Modellrahmen MESSAGE abgeleitet. Die schlanke Programmstruktur erlaubt dem Modell, mehrere Tausend Szenarien zu berechnen und so Auskunft über die Einflüsse von Schiefergas, CO2-Kosten und Brennstoffimportkosten auf die CO2-Emissionsentwicklung Südafrikas zu geben. Die Modellergebnisse zeigen, dass sich Schiefergas in Szenarien ohne CO2-Steuern am Energiemarkt nicht gegen die wesentlich billigere südafrikanische Kohle durchsetzen kann. In Szenarien mit CO2-Steuern hingegen drängen CO2-emissionsfreie Technologien Schiefergas vom Markt. Daraus folgt, dass eine effektive Klimaschutzpolitik weder durch Schiefergasnutzung substituiert noch signifikant verbessert werden kann. für Ihre Notizen

12 Doktoranden Symposium Michael Hinterstocker Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh, München Aufgrund des weitergehenden Zubaus fluktuierender erneuerbarer Einspeiser ist ein zukünftig erhöhter Flexibilitätsbedarf im Energiesystem zu erwarten. Neben konventionellen Speichern können zur Deckung dieses Bedarfs auch flexible Verbraucher herangezogen werden. Dafür müssen entsprechende finanzielle Anreize geschaffen werden. Besonders im Bereich privater Haushalte bestehen diese derzeit nur in seltenen Fällen, obwohl gemäß EnWG 40 (5) Stromlieferan-

13 Agentenbasierte Simulation und Optimierung variabler Stromtarife ten zeit- oder lastvariable Tarife anbieten sollen. Bei zukünftiger Umsetzung dieser Richtlinie stellt sich daher die Frage, wie entsprechende variable Tarife gestaltet werden sollten, um ein systemdienliches Verhalten privater Endkunden zu erreichen. Zur Simulation der Verbreitung und Akzeptanz von Stromtarifen wird ein agentenbasierter Ansatz präsentiert. Jeder Haushalt ist dabei durch seinen individuellen Lastgang sowie weitere Eigenschaften charakterisiert. Darauf basierend wird für jeden betrachteten Haushalt untersucht, welche Einsparungen im Vergleich zum Standardtarif durch Wahl eines neuen Tarifs und entsprechende Verhaltensänderungen möglich wären und welche Wechselentscheidung deshalb zu erwarten ist. Darüber hinaus wird diskutiert, welche Ziele aus EVU- oder Systemsicht, beispielsweise Reduktion von Emissionen oder Kosten, durch diese Verhaltensänderungen zu erreichen sind. Anhand exemplarischer Ergebnisse wird die Eignung verschiedener Tarifstrukturen für diese Ziele dargestellt. für Ihre Notizen

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