[de] Die Energiewende treibt die Dekarbonisierung und Implementierung von regenerativen Quellen in den Energiesektoren Strom, Wärme und Gas voran. Die fluktuierende Natur von regenerativen Energieerzeugern überträgt sich in die jeweiligen Energienetze und führt zu steigenden Abweichungen zwischen Erzeugung und Bedarf. Ein erzeugter Stromüberschuss gefährdet die Stromnetzstabilität und muss daher mit Regelenergie ausgeglichen oder abgeregelt werden. Stromspeicher oder die Netzkopplung mit Power-to-Methane können als negative Regelenergie in der Netzstabilisierung einen potenziellen Beitrag leisten und durch ihre Nutzung den Ausnutzungsgrad des erneuerbaren Erzeugungspotenzials steigern. Im Rahmen der Forschungsarbeit wird der Ansatz der Energiezellensimulation mit dem Ziel verwendet, die Komplexität einer bestehenden Energiegemeinschaft abzubilden und die Implementierung von Energiespeichern und -wandlern zu untersuchen. Hierfür wird in zwei deutschen Landkreisen das regionale Energieerzeugungspotenzial mit dem vorliegenden Energiebedarf in Abhängigkeit der Netzkopplung von Strom, Wärme und Gas mithilfe von Geodaten analysiert und der Einsatz von Speicher- oder Wandlungstechnologien evaluiert. Dies liefert detaillierte Einblicke in die bestehenden Abhängigkeiten zwischen Energieverbrauchern und -erzeugern. Das aus der Energiezellensimulation ermittelte Stromüberschusspotenzial wird im Zusammenhang mit gasbefeuerten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen für Fernwärme und auf die Wetterabhängigkeit von Photovoltaikstrom untersucht und die Verwertbarkeit des Potenzials durch Power-to-Methane und Batterie evaluiert. Es zeigt sich, dass überschüssiges Strompotenzial auch in windschwachen Regionen bereits vorhanden ist und von verschiedenen Einflussfaktoren wie Kraft-Wärme-Kopplung abhängt. Daher ist die Betrachtung der unterschiedlichen Netze notwendig, um die Komplexität der Netzkopplung mit Power-to-Methane richtig abzubilden. Power-to-Methane stellt sich in diesem Zusammenhang als eine effiziente Technologie dar, um schnell große Kapazitäten für negative Regelenergie bereitzustellen und zusätzlich erneuerbares Methan zu produzieren. Die untersuchten Zukunftsszenarien zeigen, dass der regional geplante Ausbau von erneuerbaren Energien die zukünftigen Stromüberschusspotenziale weiter erhöht und sich dies positiv auf die Power-to-Methane Auslastung auswirkt. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen eine differenzierte Analyse von Laufzeit, Kosten und Ertrag von Power-to-Methane mithilfe der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Berechnungsalgorithmen zur optimierten Auslegung der Kapazität dar, die durch den methodischen Ansatz auf eine Vielzahl von Energiezellen übertragen werden kann.
