Gemeinsame Herausforderungen und Trends im deutschen und chinesischen Energiesektor
Deutschland und China können auf einen vergleichbare Entwicklungs-geschichte ihrer Energiesektoren zurückblicken.
Eine starke industrielle Basis in beiden Ländern verlangt nach günstiger und zuverlässiger Stromversorgung zu jedem Zeitpunkt. Traditionell wird dieser Bedarf in beiden Ländern durch fossil-befeuerte konventionelle Kraftwerke bereitgestellt.
In der heutigen Zeit verlangt der Kampf gegen Klimawandel und Luftverschmutzung allerdings eine umfassende Umgestaltung der Energieversorgungssysteme in Deutschland und China.
Trotz der unterschiedlichen länderspezifischen Rahmenbedingungen dieses Umgestaltungsprozesses können drei dominierende Trends in beiden Ländern identifiziert werden:
Dekarbonisierung
Der Ersatz kohlenstoffbasierter Energieträger in allen relevanten Sektoren ist das wichtigste Mittel im Kampf gegen den Klimawandel. Bezogen auf den Stromerzeugungssektor bedingt dies einen signifikanten Ausbau an regenerativen Stromerzeugungskapazitäten. Aufgrund der inhärenten Volatilität von regenerativer Stromerzeugung stellt die Integration dieser zusätzlichen Kapazitäten in das Stromnetz allerdings eine große Herausforderung dar.
Dezentralisierung
Im Gegensatz zu traditionellen großskaligen fossil-gefeuerten Kraftwerken sind die meisten regenerativen Stromerzeugungskapazitäten aufgrund ihrer limitierten Einheitenleistung vorwiegend dezentral angeordnet. Um zusätzliche Synergien auf der dezentralen lokalen Ebene auszunutzen zu können, besteht die Möglichkeit dezentrale regenerative Stromerzeugungseinheiten mit Speichersystemen oder KWK-Systemen zu koppeln. Diese Tendenz wird langfristig in einem vollständig integrierten und dezentralen Energieversorgungssystem resultieren, welches durch regenerative Stromerzeugung dominiert wird.
Digitalisierung
Die Digitalisierung von Systemen und Prozessen spielt eine entscheidende Rolle in jedem Teilaspekt der sich wandelnden Energieversorgungssysteme in Deutschland und China. Einerseits ermöglicht dieser Trend den Verbrauchern eine aktivere Rolle einzunehmen und selbst zu Stromproduzenten zu werden. Darüber hinaus ermöglicht die zunehmende Digitalisierung und die daraus resultierende Verfügbarkeit großer Datensätze die detaillierte Überwachung aller kritischer Komponenten von Energieversorgungssystemen.
Gemeinsame Herausforderungen und Trends im deutschen und chinesischen Energiesektor
Deutschland und China können auf einen vergleichbare Entwicklungs-geschichte ihrer Energiesektoren zurückblicken.
Eine starke industrielle Basis in beiden Ländern verlangt nach günstiger und zuverlässiger Stromversorgung zu jedem Zeitpunkt. Traditionell wird dieser Bedarf in beiden Ländern durch fossil-befeuerte konventionelle Kraftwerke bereitgestellt.
In der heutigen Zeit verlangt der Kampf gegen Klimawandel und Luftverschmutzung allerdings eine umfassende Umgestaltung der Energieversorgungssysteme in Deutschland und China.
Trotz der unterschiedlichen länderspezifischen Rahmenbedingungen dieses Umgestaltungsprozesses können drei dominierende Trends in beiden Ländern identifiziert werden:
Dekarbonisierung
Der Ersatz kohlenstoffbasierter Energieträger in allen relevanten Sektoren ist das wichtigste Mittel im Kampf gegen den Klimawandel. Bezogen auf den Stromerzeugungssektor bedingt dies einen signifikanten Ausbau an regenerativen Stromerzeugungskapazitäten. Aufgrund der inhärenten Volatilität von regenerativer Stromerzeugung stellt die Integration dieser zusätzlichen Kapazitäten in das Stromnetz allerdings eine große Herausforderung dar.
Dezentralisierung
Im Gegensatz zu traditionellen großskaligen fossil-gefeuerten Kraftwerken sind die meisten regenerativen Stromerzeugungskapazitäten aufgrund ihrer limitierten Einheitenleistung vorwiegend dezentral angeordnet. Um zusätzliche Synergien auf der dezentralen lokalen Ebene auszunutzen zu können, besteht die Möglichkeit dezentrale regenerative Stromerzeugungseinheiten mit Speichersystemen oder KWK-Systemen zu koppeln. Diese Tendenz wird langfristig in einem vollständig integrierten und dezentralen Energieversorgungssystem resultieren, welches durch regenerative Stromerzeugung dominiert wird.
Digitalisierung
Die Digitalisierung von Systemen und Prozessen spielt eine entscheidende Rolle in jedem Teilaspekt der sich wandelnden Energieversorgungssysteme in Deutschland und China. Einerseits ermöglicht dieser Trend den Verbrauchern eine aktivere Rolle einzunehmen und selbst zu Stromproduzenten zu werden. Darüber hinaus ermöglicht die zunehmende Digitalisierung und die daraus resultierende Verfügbarkeit großer Datensätze die detaillierte Überwachung aller kritischer Komponenten von Energieversorgungssystemen.
Forschungsschwerpunkt
von CERI
Die gemeinsamen Forschungsaktivitäten innerhalb von CERI zielen auf die Entwicklung innovativer Lösungen für die Dekarbonisierung, die Dezentralisierung und die Digitalisierung des deutschen und des chinesischen Energieversorgungssystems ab. Momentan liegt der Fokus der Forschung dabei auf den folgenden beiden Themen:
Dezentrale Energiesysteme / Energy Internet
Die Auslegung und der Betrieb dezentraler Energiesysteme mit einem hohen Anteil an regenerativer Stromerzeugung ist aufgrund der inhärenten Volatilität der regenerativen Stromerzeugung herausfordernd.
Um einen Mehrwert der dezentralen Systemkonfiguration zu garantieren muss eine individuelle Optimierung der Auslegung und des Betriebs dieser Systeme erfolgen. Die Forschungsaktivitäten im Rahmen von CERI fokussieren sich auf die Entwicklung dezentraler Energiesystemmodelle und die Integration von Optimierungsalgorithmen in diese Modelle.
Ein wichtiger Aspekt im Kontext dieser Arbeit ist dabei die Berücksichtigung der verschiedenen Rahmenbedingungen des deutschen und des chinesischen Energieversorgungssystems bei der Modellentwicklung.
Emissionsarme Gasturbinentechnologie
In Energieversorgungssystemen mit hohen Anteilen volatiler regenerativer Stromerzeugung können Gasturbinen einen wichtige Rolle spielen, da sie die Fluktuationen der Residuallast bei Einhaltung strikter Emissionsgrenzwerte verlässlich kompensieren können.
Dieser hochflexible Einsatz resultiert allerdings in einer Hohen Beanspruchung der Gasturbinen und bedarf einer entsprechenden Anpassung der Auslegung. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung der Komponenten während des Betriebs notwendig.
Die Forschungsaktivitäten im Rahmen von CERI fokussieren sich auf der Entwicklung maßgeschneiderter Gasturbinenmodelle, die diese Anpassungen der Auslegung und die notwendige Überwachung des Betriebs ermöglichen.
Forschungs-schwerpunkt
von CERI
Die gemeinsamen Forschungsaktivitäten innerhalb von CERI zielen auf die Entwicklung innovativer Lösungen für die Dekarbonisierung, die Dezentralisierung und die Digitalisierung des deutschen und des chinesischen Energieversorgungssystems ab. Momentan liegt der Fokus der Forschung dabei auf den folgenden beiden Themen:
Dezentrale Energiesysteme / Energy Internet
Die Auslegung und der Betrieb dezentraler Energiesysteme mit einem hohen Anteil an regenerativer Stromerzeugung ist aufgrund der inhärenten Volatilität der regenerativen Stromerzeugung herausfordernd.
Um einen Mehrwert der dezentralen Systemkonfiguration zu garantieren muss eine individuelle Optimierung der Auslegung und des Betriebs dieser Systeme erfolgen. Die Forschungsaktivitäten im Rahmen von CERI fokussieren sich auf die Entwicklung dezentraler Energiesystemmodelle und die Integration von Optimierungsalgorithmen in diese Modelle.
Ein wichtiger Aspekt im Kontext dieser Arbeit ist dabei die Berücksichtigung der verschiedenen Rahmenbedingungen des deutschen und des chinesischen Energieversorgungssystems bei der Modellentwicklung.
Emissionsarme Gasturbinentechnologie
In Energieversorgungssystemen mit hohen Anteilen volatiler regenerativer Stromerzeugung können Gasturbinen einen wichtige Rolle spielen, da sie die Fluktuationen der Residuallast bei Einhaltung strikter Emissionsgrenzwerte verlässlich kompensieren können.
Dieser hochflexible Einsatz resultiert allerdings in einer Hohen Beanspruchung der Gasturbinen und bedarf einer entsprechenden Anpassung der Auslegung. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung der Komponenten während des Betriebs notwendig.
Die Forschungsaktivitäten im Rahmen von CERI fokussieren sich auf der Entwicklung maßgeschneiderter Gasturbinenmodelle, die diese Anpassungen der Auslegung und die notwendige Überwachung des Betriebs ermöglichen.
Gemeinsame Kompetenzen der CERI
Analyse und Optimierung dezentraler Energiesysteme
Gasturbinenmodellierung für die Optimierung der Auslegung und des Betriebs
Potentialanalyse von innovativen Dekarbonisierungstechnologien
- Modellierung von Teilkomponenten von dezentralen Energieversorgungssystemen
- Modellbasierte Optimierung der Auslegung und des Betriebs von dezentralen Energiesystemen
- Entwicklung von physikalisch-basierten Gasturbinenmodellen
- Entwicklung von datengetriebenen Gasturbinenmodellen
- Modellierung von Dekarbonisierungstechnologien
- Integration in Energiesystemmodelle zur Potentialabschätzung
Analyse und Optimierung dezentraler Energiesysteme
- Modellierung von Teilkomponenten von dezentralen Energieversorgungssystemen
- Modellbasierte Optimierung der Auslegung und des Betriebs von dezentralen Energiesystemen
Gasturbinenmodellierung für die Optimierung der Auslegung und des Betriebs
- Entwicklung von physikalisch-basierten Gasturbinenmodellen
- Entwicklung von datengetriebenen Gasturbinenmodellen
Potentialanalyse von innovativen Dekarbonisierungstechnologien
- Modellierung von Dekarbonisierungstechnologien
- Integration in Energiesystemmodelle zur Potentialabschätzung
Gemeinsame Veröffentlichungen von CERI
A COMPARATIVE STUDY OF DATA AND PHYSICALLY BASED GAS TURBINE MODELING FOR LONG-TERM MONITORING SCENARIOS - PART I: THERMODYNAMIC PERFORMANCE PREDICTION WITHOUT DESIGN INFORMATION
Autoren: Thomas Bexten, Moritz Lipperheide, Manfred Wirsum, Liu Pei, Li Zheng
Konferenz / Journal: Proceedings of ASME Turbo Expo 2018, June 11 - 15, 2018, Lillestrom, Norway
Link: www.ikdg.rwth-aachen.de