Data Analytics in the Energy Sector: Seasonal Storage in Energy Communities

  • Typ:Bachelor- oder Masterarbeit
  • Datum:vergeben
  • Betreuung:

    Armin Golla

  • Damit die Energiewende nachhaltig gelingt, ist eine durchdringende Dekarbonisierung aller Energiesektoren erforderlich. Während der Anteil erneuerbaren Stroms Deutschlandweit stetig steigt, stagniert der Anteil von erneuerbarer Wärme seit Jahren bei aktuell etwa 15% im Jahr 2020. Gleichzeitig macht auf Haushaltsebene Wärme etwa 90 % des gesamten Energieverbrauchs aus. Eine erneuerbare Zukunft lässt sich im Haushaltsbereich also nur über den Wärmesektor realisieren. Eine Möglichkeit den Anteil erneuerbarer in diesem Bereich zu erhöhen, liegt in der Elektrifizierung des Wärmebedarfs, z.B. durch den Einsatz von Wärmepumpen oder Stromheizungen. So kann aus heimischen Solaranlagen gewonnener Strom dazu genutzt werden, den eigenen Wärmebedarf zu befriedigen. Leider entfällt ein Großteil des Wärmebedarfs auf die Wintermonate, wenn Solaranlagen weniger Energie liefern als im Sommer. Dieses Ungleichgewicht könnte durch den Einsatz saisonaler Wärmespeicher gelöst werden. Mithilfe eines Elektrolyseurs lässt sich z.B. im Sommer Wasserstoff herstellen, der dann im Winter genutzt wird, um lokal erneuerbar Strom und Wärme zu produzieren. Solche Lösungen existieren bereits auf Haushaltsebene, sind jedoch so teuer, dass sie sich für einzelne Haushalte nicht oder kaum lohnen. Der Betrieb eines gemeinsam genutzten saisonalen Wärmespeichers in einer Nachbarschaft könnte helfen, die Kosten zu senken und so eine Beitrag zu zur Verringerung der CO2-Emissionen auf Haushaltsebene bieten.

     

    Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einsatzes von saisonalen Speichern auf Haushalts- bzw. Community-Ebene. Zunächst muss bestimmt werden, welche Art von saisonalem Wärmespeicher sich für den Haushaltseinsatz eignet. Anschließend soll mit Hilfe einer Simulation bestimmt werden, ob und unter welchen Bedingungen eine solches System kosteneffizient betrieben werden kann. Im Rahmen einer Masterarbeit kann davon ausgehend der Betrieb eines Saisonalspeichers in einer Community betrachtet werden. Dazu muss insbesondere ein Mechanismus entwickelt werden, um die Vergütung für eine Einspeisung in den Communityspeicher, sowie die späteren Zugriffsrechte zu regeln.

     

    Formale Anforderungen:

    Die Arbeit kann auf Deutsch oder Englisch verfasst werden. Es besteht die Möglichkeit, sie direkt in Form eines wissenschaftlichen Papers anzufertigen. Interesse an wirtschaftswissenschaftlichen und statistischen Methoden werden vorausgesetzt. Programmierfähigkeiten in Python sind hilfreich, aber keine Voraussetzung.

     

    Relevante Literatur

    Barbour, Edward; Parra, David; Awwad, Zeyad; González, Marta C. (2018): Community energy storage: A smart choice for the smart grid? In: Applied Energy 212, S. 489–497. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.12.056.

     

    Koirala, Binod Prasad; van Oost, Ellen; van der Windt, Henny (2018): Community energy storage: A responsible innovation towards a sustainable energy system? In: Applied Energy 231, S. 570–585. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.09.163.

     

    Bauer, D.; Marx, R.; Nußbicker-Lux, J.; Ochs, F.; Heidemann, W.; Müller-Steinhagen, H. (2010): German central solar heating plants with seasonal heat storage. In: Solar Energy 84 (4), S. 612–623. DOI: 10.1016/j.solener.2009.05.013.