Modellkopplung zur integrierten Optimierung langfristiger Transformationspfade (MOPPL)

Die langfristige Transformation zu einem klimaneutralen Energiesystem erfordert eine koordinierte Planung von Strom- und Wasserstoffinfrastrukturen. Bisherige Ansätze betrachten Investitionen und Netzbetrieb häufig getrennt, obwohl Elektrolyseure, Wasserstoffkraftwerke, Speicher, Importe und Netzengpässe eng zusammenwirken. MOPPL adressierte diese Forschungslücke durch die Kopplung eines Investitionsmodells mit detaillierten Strom- und Wasserstoffnetzmodellen. Mithilfe der Benders-Dekomposition wurden die gekoppelten Teilmodelle iterativ gelöst und die Investitions- und Betriebsentscheidungen für das Strom- und Wasserstoffsystem gemeinsam optimiert. Das gekoppelte Verfahren konvergierte dabei zu einer modellseitig kostenoptimalen Gesamtlösung. Ergänzend wurden die Auswirkungen auf Fernwärme- und Wasserstoffinfrastrukturen auf der Verteilnetzebene untersucht.

Die Videos visualisieren die stündlich aufgelöste Wasserstoff-, Biomasse- und Stromnachfrage zur Deckung des Bedarfs an Raumwärme und Warmwasser in einer exemplarisch ausgewählten Woche des Jahres 2045 im Szenario A. Dargestellt ist der zeitliche Verlauf der jeweiligen Energieträgerbereitstellung, die erforderlich ist, um die thermischen Endenergiebedarfe unter den im Szenario unterstellten technologischen, strukturellen und klimatischen Rahmenbedingungen zu decken.

Die Karten sind dabei integraler Bestandteil der Videos und verändern sich im Stundenraster synchron zur dargestellten Nachfrage. Für jede Stunde wird die jeweilige Energieträgernachfrage differenziert für die 38 deutschen Regierungsbezirke abgebildet. Dadurch werden zeitliche Lastverschiebungen unmittelbar mit ihrer räumlichen Verteilung verknüpft.

Die Kombination aus stündlicher zeitlicher Auflösung und regionaler Disaggregation ermöglicht eine präzise Analyse von Lastdynamiken, regionalen Schwerpunkten und potenziellen infrastrukturellen Engpässen. Auf dieser Grundlage lassen sich Anforderungen an Erzeugungskapazitäten, Speicherbedarfe, Netzdimensionierung sowie systemische Flexibilitätsoptionen im deutschen Wärmesektor des Jahres 2045 ableiten.