Ein gemischt-ganzzahliger linearer Optimierungsansatz für die effiziente Einbindung von Windenergie in Wärmenetze

Zusammenfassung

Um den voranschreitenden Klimawandel in erträglichem Ausmaß zu halten, sind ambitionierte und innovative Methoden zur Transformation der Energiesysteme voranzutreiben. In diesem Prozess führt die vermehrte Einbindung erneuerbarer Energiebereitstellung zu wachsenden Herausforderungen für die Energienetze. Im Burgenland spielt vor allem die Windkraft eine tragende Rolle in der Energieerzeugung und führt bereits jetzt zu einem bilanziellen Überschuss der Elektrizitätsproduktion gegenüber dem Verbrauch. Die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Windkraftanlagen wurde in der Vergangenheit vor allem durch die Tariffördersysteme sichergestellt, die jetzt allmählich auslaufen. Daher müssen neue Geschäftsmodelle und -prozesse entwickelt werden, um bestehende Windkraftanlagen weiterhin wirtschaftlich betreiben zu können. Eine Möglichkeit hierzu ist die Nutzung von Sektorkopplungsoptionen, beispielsweise kann unter Nutzung von erneuerbar erzeugtem Strom Wärme für Fernwärmenetze mittels Wärmepumpen bereitgestellt werden. Die dabei entstehenden hybriden Energiesysteme können sektorübergreifend Speicher- und Flexibilitätspotenziale nutzen. Um ein adäquates Zusammenspiel der unterschiedlichen Technologien zu gewährleisten, bietet sich die Betriebsführung mittels mathematischer Modellierung und Optimierung (Modellprädiktive Regelung) an. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung und Optimierung eines hybriden Energiesystems in der Stadt Neusiedl am See, Burgenland. Ein regionaler Windpark, der mittels Direktleitung Wärmepumpen versorgt und dadurch das Fernwärme- mit dem Stromnetz koppelt, ermöglicht die Einbindung erneuerbarer Energie ins Fernwärmenetz. Die Betriebsoptimierung minimiert dabei die Wärmegestehungskosten des Systems über ein Jahr unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und technischer Randbedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Fernwärmebedarf zu über 99 % mit erneuerbaren Energien gedeckt werden kann.