Energiesysteme und Energiewirtschaft (Prof. Hartmann)

Eine Energieversorgung basierend auf erneuerbaren Energien mit null CO2-Emissionen ist technisch und ökonomisch machbar.

Unter dieser Vision forscht die Gruppe EEW an nachhaltigen Energiesystemen in zwei Schwerpunkten:

Im Rahmen der Intersektoralen Energiesystemanalyse entwickelt sie Szenarien und Entscheidungshilfen für Stakeholder*innen in der Industrie, Politik und Gesellschaft. Mit ihrem Open Source-Modell MyPyPSA-Ger kann sie sowohl lokale Herausforderungen in dezentralen Energiesystemen analysieren, als auch Herausforderungen in nationalen (intersektoralen) Energiesystemen bewerten.
Der Forschungsschwerpunkt des Energiemanagements adressiert den Aufbau von Energiemanagementprozessen. Vor allem die Begleitung des Managements in der Industrie, aber auch in öffentlichen Einrichtungen, sowie die Verankerung der Energiemanagementverantwortung im Management liegen im Fokus.

Rund um die Schwerpunkte forscht die Gruppe an techno-ökonomischen Herausforderungen in der Energiewirtschaft; derzeit speziell an

synthetischen Strom- und Wärmelastprofilen von Industriebetrieben.

Projekte

BKM_2.0

Analyse der Peer-2-Peer Vermarktung von Strom und Entwicklung eines Bilanzkreismanagements 2.0

Die Energiewende bringt nicht nur einen Technologie,- sondern auch einen Strukturwandel des Energiesystems mit sich. Bereits jetzt gibt es erste Projekte, in denen mittels Direkt- oder Peer-2-Peer-Handelskonzepten lokale Erzeuger und Verbraucher dynamisch variierende Strommengen direkt austauschen, ohne dabei auf die klassische Struktur der Energieversorgung wie Energiemärkte oder Großhändler zurückzugreifen. Dabei stellt sich die Frage, wie diese zukünftigen möglichen Handelsstrukturen sich auf die etablierten Ausgleichsprozesse wie das Bilanzkreismanagement auswirken. Zentrales Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts »BKM_2.0« ist es, methodische, regulatorische und technische Lösungen für die Verknüpfung und Anpassungsprozesse zwischen dem klassischem Bilanzkreismanagement und innovativen Energiehandelsprozessen zu erarbeiten.

Projektlaufzeit:
Dezember 2020 – November 2023

Förderung:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektpartner:
Fraunhofer ISE (ISE), Südwestdeutsche Stromhandels GmbH (SWS), Aschaffenburger Versorgungs-GmbH (AVG), Oxygen Technologies GmbH (Oxygen).

Hydrogen Valley Südbaden

Auf Basis einer Wasserstoff-Potentialerhebung ist von einem regionalen Wasserstoffbedarf auf der deutschen Seite des Dreiländerecks zwischen Offenburg und Basel von rund 25.000 Tonnen pro Jahr ab 2027 auszugehen. Dem gegenüber stehen heute erneuerbare Produktionskapazitäten von rund 1.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr. Der Anschluss an ein überregionales Verteilnetz auf Bundes- bzw. EU-Ebene wird nicht vor 2035 erfolgen. Die Region Südbaden ist im nationalen und grenzüberschreitenden Kontext daher von überlagernden Standortrisiken und Nachteilen gekennzeichnet.
Unter diesen Rahmenbedingungen sollen Wasserstoffentwicklungspfade bis zum Jahr 2045 in Südbaden erstellt und Wasserstoff im Energiesystem Südbadens bewertet werden. Darauf aufbauend werden integrierte Energiekonzepte auf kommunaler Ebene, angepasst an die jeweiligen Stakeholder und aufbauend auf der kommunalen Wärmeplanung sowie lokalen EE-Stromerzeugungspotenzialen, erarbeitet und neue Geschäftsmodellpotenziale, die in einem marktfähigen Produkt münden sollen, aufgedeckt werden.

Laufzeit
April 2024 bis Dezember 2027

Förderung
EFRE und Land BW, Wirtschaftsministerium (Förderprogramm RegioWIN 2030)

Projektpartner

Klimapartner Südbaden
Hochschule Offenburg
ITG - Infrastruktur-Trägergesellschaft mbH & Co. KG
Pôle Véhicule du Futur

IND-E

Dekarbonisierungs- und Elektrifizierungspotenziale in der deutschen Industrie – Daten, Akteure und Modelle

Modellerweiterungen in Bezug auf Industrieabbildung und Schaffung eines Analyseframeworks
Schaffung einer konsistenten Datenbasis zu Elektrifizierungs- und Flexibilisierungspotentialen
Identifikation von Transformationspfaden in der Industrie basierend auf quantitativer Energiesystemmodellierung
Integration der Treiber und Hemmnisse im Bereich der Sektorenkopplung in Lösungen für die Industrie

Förderung:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit:
März 2021 – Februar 2024

Ind-Supply

Industriegebiete (Industrieparks) sind divers und kennzeichnen sich u.a. durch unterschiedlich gewachsene Strukturen, unterschiedliche Baualtersklassen der Gebäude und Betriebe unterschiedlicher Branchen und damit unterschiedlicher Energie- und Ressourcenverbräuche. Betriebe in den Industriegebieten suchen dabei vermehrt nach Lösungen für eine sichere, kostengünstige und kostenstabile Wärme- und Stromversorgung, die ökologischen Kriterien entspricht und mittel- bis langfristig nachhaltig ist. Das Forschungsvorhaben Ind-Supply setzt an dieser Stelle mit dem Ziel an, ein (Vor-)Planungstool für Kommunen und Planer*innen von Industriegebieten zu entwickeln. Dieses Gesamtziel wird durch Erreichen einer Reihe von Zwischenzielen realisiert:
1. Erstens eine systematische Aufarbeitung optimaler Energieversorgungsoptionen für Industriegebiete mit Fokus auf die lokale Wärmeversorgung in enger Kooperation mit den Fallbeispielen im Industriegebiet Elgersweier bei Offenburg, in Dortmund und in Stuttgart.
2. Zweitens die Entwicklung einer systematischen und kennzahlbasierten Klassifizierung von Industrie- und Gewerbearchetypen zur Übertragbarkeit der Fallbeispiele auf andere Industriegebiete.
3. Als drittes Zwischenziel werden mögliche klima- und ressourcenoptimierte Entwicklungspfade unter Berücksichtigung der techno-ökonomischen und ökologischen sowie die Kreislaufwirtschaft betreffenden Implikationen von (typischen) Industriegebieten unter Berücksichtigung zukünftiger Chancen der Elektrizitäts-, Wärme-, Methan- und Wasserstoffversorgung erarbeitet.

Laufzeit
Januar 2025 – Dezember 2027

Förderung
BMWE

Projektpartner
greenventory GmbH
Prognos AG
Hochschule für Technik Stuttgart
Hochschule Karlsruhe HKA
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

KoRes

Resiliente Energiesysteme für Kommunen, Regionen und Deutschland

Im Projekt KoRes entwickeln die Forschungsgruppen IEN und EEW des INES, die Hochschule Kehl, die greenventory GmbH sowie die Stadt Offenburg gemeinsam einen interdisziplinären Ansatz zur Stärkung der energetischen Resilienz. Im Fokus steht die Frage, wie Energiesysteme auf kommunaler, regionaler und nationaler Ebene so gestaltet werden können, dass sie nicht nur klimaneutral, sondern auch robust gegenüber Krisen wie Extremwetter, Cyberangriffen oder Lieferkettenstörungen sind.

Die Hochschule Offenburg verantwortet die technischen Arbeitspakete, insbesondere die Weiterentwicklung des Energiesystemmodells MyPyPSA-Ger sowie die Kopplung nationaler und kommunaler Modelle. Die greenventory GmbH aus Freiburg entwickelt Methoden zur räumlichen Datenanalyse sowie einen Digitalen Zwilling zur Bewertung von Risiken und Resilienzindikatoren. Die Stadt Offenburg bringt praxisnahe Anwendungsfälle ein und entwickelt konkrete Strategien sowie Notfallpläne für eine krisenfeste Energieversorgung. Die Hochschule Kehl untersucht die ökonomischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen und leitet daraus Handlungsempfehlungen für Politik und Verwaltung ab.

Ziel des Projekts ist es, belastbare Transformationspfade und konkrete Maßnahmen zur Stärkung der Resilienz von Energiesystemen zu identifizieren und Kommunen bei der Umsetzung einer sicheren und klimaneutralen Energieversorgung zu unterstützen.

Projektlaufzeit
März 2026 – Februar 2030

Förderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Beteiligte Forschungsgruppen am INES
Energiesysteme und Energiewirtschaft (EEW), Intelligente Energienetzwerke (IEN)

Projektpartner
Hochschule Kehl (HSK)
greenventory GmbH
Stadt Offenburg

PyFlex

In PyFlex wird eine detaillierte und ganzheitliche Bewertung der PyCCS-Technologie als Flexibilitätsbereitstellungsmaßnahme im deutschen Strom- und Wärmesystem durchgeführt. Es soll das Potenzial eines flexiblen Einsatzes von Pyrolyseanlagen in einem zukünftigen Energiesystem systemanalytisch quantifizieren und bewerten. Durch die open-source Entwicklung des intersektoralen Energiesystemmodells MyPyPSA-Ger, in dem der Landwirtschaftssektor abgebildet ist, wird zudem die Konkurrenzsituation um eine (flexible) Biomassenutzung evaluiert. Eine modellbasierte, techno-ökonomische Systemevaluation der Flexibilität von Pyrolyseanlagen wird einer betriebswirtschaftlichen Analyse gegenübergestellt, inklusive der Betrachtung von Geschäftsmodellen und der Wirkungen von Änderungen der politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Ergänzt wird die Bewertung durch eine ökologische Analyse.

Laufzeit
April 2024 - März 2027

Förderung
BMWK

Projektpartner
Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW)

Deutschlandkarte mit Anzeige der Distribution verschiedener Energieanlagen

Modell MyPyPSA-Ger

Das Energiesystemmodell MyPyPSA-Ger wurde entwickelt, um das Energiesystem im Hinblick auf die Erreichung der geplanten Emissionsziele in Deutschland bis zum Jahr 2050 mit einem myopischen Planungsansatz zu untersuchen. MyPyPSA-Ger ist ein Energiesystemmodell,

welches als „Brownfield-Ansatz“ umgesetzt wurde, inklusive des Status quo an Kraftwerken und des Übertragungsnetzes in Deutschland im Jahr 2020, und
mit einer hohen räumlich-zeitlichen Auflösung von bis zu 317 Knoten und bis zu 8.760 Stunden pro Jahr.

MyPyPSA-Ger ermöglicht, neue Handlungsmöglichkeiten im Rahmen der Transformation des Energiesystems zu untersuchen und quantitative Aussagen zu treffen. Hierdurch können Perspektiven für die Energiewende in Deutschland aufgezeigt werden, zum Beispiel Auswirkungen

veränderter Emissionspreispfade,
einer verstärkten Elektrifizierung der Industrie,
einer verstärkten Sektorenkopplung oder auch
einer Wasserstoffwirtschaft.

Die Modellergebnisse helfen Entscheidungsträger*innen, auf ein klimaneutrales Energiesystem hinzuarbeiten. Die Entwicklung des Modells MyPyPSA-Ger wird fortgesetzt, um alle Verbrauchsektoren, Speichertechnologien und Flexibilität sowie den Verbund mit den Nachbarländern einzubeziehen.

Das Modell wird im Rahmen einer Veröffentlichung (derzeit im Review) als Open-Source-Modell veröffentlicht.