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Projekt
Mehrzieloptimierung zur inversen Analyse der Designanforderungen für Carnot-Batterien aus Energiesystemperspektive (MOIn Carnot)
Antragsteller
Professor Dr. Valentin Bertsch
Fachliche Zuordnung
Technische Thermodynamik
Energieverfahrenstechnik
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526062606
Die bezahlbare, ortsunabhängige und ressourcenschonende Speicherung von Strom in großem Maßstab ist eine der hochrelevanten und ungelösten Herausforderungen beim Übergang zu variablen erneuerbaren Energien. Die aufstrebende Technologie der Carnot-Batterien, die Strom mithilfe von Hochtemperatur-Wärmepumpen in Wärme umwandelt, kostengünstige Materialien als Wärmespeicher nutzt und die Wärme z.B. mithilfe von Dampfturbinen wieder in Strom umwandelt, könnte zur Lösung dieser Herausforderung beitragen. Wie alle Speichertechnologien müssen sich auch Carnot-Batterien in das übergeordnete Energiesystem einfügen und jede kommerzielle Investition muss wirtschaftlich sein. Die Modellierung und Analyse von Energiesystemen kann hier einen Überblick über die Rolle verschiedener (Speicher-)Technologien in künftigen Energiesystemen und -märkten geben und die zahlreichen Wechselwirkungen innerhalb solch komplexer Systeme berücksichtigen. Energiesystemmodelle (ESM) werden in der Regel für die Betrachtung von Energie(speicher)technologien mit hohem Technologiereifegrad (TRL) verwendet. Sie benötigen u.a. Kosten und Wirkungsgrade als Inputparameter für alle betrachteten Technologien. Bei aufstrebenden Technologien mit niedrigem TRL wie der Carnot-Batterie sind jedoch Schätzungen von Kosten und Wirkungsgraden in der Regel nicht möglich oder schlecht verifiziert und daher sehr unsicher. Diese Unsicherheit stellt häufig ein Hindernis für die Zusammenarbeit zwischen technischen Disziplinen und der Energiesystemanalyse bei Technologien mit niedrigem TRL dar. Um dieses Hindernis zu überwinden, bedarf es der Entwicklung grundlegend neuer Methoden. Um ESM für die Analyse und Bewertung von Technologien mit niedrigen TRLs nutzbar zu machen, für die Kosten- und Wirkungsgradschätzungen schwierig oder unmöglich sind, müssen ESMs invertiert werden. D.h. dass z.B. Kosten und Wirkungsgrade von Technologien nicht als Modelleingangsparameter zur Verfügung gestellt werden, sondern die Modelle so zu invertieren sind, dass sie zu Variablen werden und als Optimierungsziel verwendet werden können. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines inversen ESM zur Unterstützung und Intensivierung der Zusammenarbeit mit Technologieentwicklern. Unter Verwendung der Mehrzieloptimierung wird das inverse ESM Ergebnisse in Form einer Pareto-Front liefern (z.B. eine Trade-off-Kurve zwischen Systemkosten und einer Technologieeigenschaft oder auch zwischen zwei konfligierenden Technologieeigenschaften), um Kombinationen von technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften zu ermitteln, die mindestens erreicht werden müssen, damit sich eine Technologie im System durchsetzen kann. Es wird erwartet, dass die Entwicklung einer solch neuartigen Methodik eine engere Zusammenarbeit zwischen der Energiesystemanalyse und dem Operations Research auf der einen Seite und den technischen Disziplinen auf der anderen Seite ermöglicht und damit neue Synergiepotenziale erschließt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
