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Simulationsmodell

Problemstellung: Energiesystem der Metropolregion optimieren

Die Entwicklung des Simulationsmodells „EMN_SIM“ soll die komplexen energetischen Interaktionen innerhalb der Metropolregion Nürnberg abbilden. Die Metropolregion Nürnberg (EMN) umfasst Einheiten wie Gemeinden, soziale Strukturen mit Bürger:innen, wirtschaftliche Netzwerke durch Unternehmen und technische Infrastruktur wie Stromnetze. Die Interaktionen zwischen diesen Ebenen gestalten das komplexe Energiesystem der Region. Ziel ist es, ein Werkzeug zu schaffen, das Entscheidungsträger:innen hilft, die Auswirkungen von Veränderungen in einem Sektor (Strom, Wärme oder Mobilität) auf die anderen Sektoren und ihren Einfluss auf die Energiedynamik in den Gemeinden zu verstehen und zu analysieren. Dies ist wichtig, um die Integration erneuerbarer Energien, die Energieeffizienz und die Optimierung der Energieverteilung zu verbessern und damit die bestehenden Potenziale für eine klimafreundliche Energieversorgung auszunutzen. Insbesondere die Sektoren Wärme und Mobilität werden entscheidend zur Transformation des Energiesystems beitragen - gerade hier werden viele Möglichkeiten zur Nutzung erneuerbarer Energien aber noch nicht ausgeschöpft. Die nötige Elektrifizierung dieser Sektoren hat entsprechende Auswirkungen auf das Stromnetz, welche mit „EMN_SIM“ analysiert werden können. So sollen sinnvolle Maßnahmen abgeleitet werden, um die bevorstehenden Herausforderungen der Transformation erfolgreich zu bewältigen.

Zweck: Entscheidungshilfe für verschiedene Interessensgruppen

Das Simulationsmodell „EMN_SIM“ wird die gesamte Energiekette von der Erzeugung bis zur Nutzung abbilden. Es dient als Entscheidungshilfe für verschiedene Interessengruppen, darunter politische Entscheidungsträger, technische Expert:innen und Wirtschaftsakteure. Das Modell nutzt einen zellularen Ansatz, bei dem komplexe Systeme in kleinere, selbstständige Einheiten (Zellen) unterteilt werden, die Energie, Masse und Informationen verarbeiten können. Diese Zellen interagieren miteinander und simulieren so die Dynamik des gesamten Energiesystems.

Mehrwert: Interdependenzen sektorenübergreifend betrachten

Der innovative Charakter des „EMN_SIM“ liegt in seinem sektorenübergreifenden, kleinteiligen Ansatz, der es ermöglicht, die komplexen Interdependenzen im Energiesystem detailliert abzubilden und zu analysieren. Im Vergleich zu bestehenden Tools bietet „EMN_SIM“ eine höhere Präzision bei der Modellierung von Energieflüssen, insbesondere in linearen Netzstrukturen, und ermöglicht eine realistischere Simulation von Szenarien zur Energieversorgung und -verteilung. Dadurch können Entscheidungsträger verschiedene Szenarien betrachten und die Auswirkungen von Veränderungen in einem der drei Sektoren Strom, Wärme und Mobilität auf die anderen analysieren.

 

Hintergrund: Methodik und Forschungsgrundlagen

Das Simulationsmodell verwendet den zellularen Ansatz, bei dem das Energiesystem in selbstständige Einheiten (Energiezellen) unterteilt wird. Jede Zelle kann Energie wandeln, transportieren und speichern, gesteuert durch einen Controller, der die internen Prozesse reguliert. Zur praktischen Anwendung des zellularen Ansatzes werden Mittelspannungs-Transformatoren und Mitteldruckgasregel-Stationen als grundlegende Interaktionseinheiten definiert und in Clustern zusammengefasst. Diese Methodik ermöglicht eine detaillierte Analyse der Energieflüsse und ihrer Auswirkungen auf verschiedene Sektoren. Zukünftige Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Modellgenauigkeit, insbesondere in vermaschten Netzstrukturen, und die Integration fortgeschrittener Berechnungsverfahren.

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