Ein systemdynamischer Modellierungsansatz zur Untersuchung des technischen und ökologischen Potenzials dezentraler Energieversorgung

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Ausgelöst durch die EU Richtlinien zur Deregulierung der Energiemärkte und anknüpfende nationale Gesetzgebungen wurden durch Aufhebung der Gebietsmonopole und die unternehmerische Trennung entsprechend den Versorgungsaufgaben (Erzeugung, Übertragung und Verteilung) erste Schritte zur Umstrukturierung des Energieversorgungssystems unternommen. Dezentrale Energiesysteme basierend auf erneuerbaren Energieträgern und Kraft-Wärme-Kopplung sowie „virtuelle Kraftwerke“ halten mehr und mehr Einzug in die Energiewirtschaft. Damit hat ein struktureller Wandel in der Energieversorgung begonnen, dessen Ende noch nicht abzusehen ist. Dies stellt sowohl Energieversorgungsunternehmen als auch Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Zur Untersuchung dezentraler Energieversorgungsstrukturen sind flexible und praxisorientierte Werkzeuge notwendig, die dem interdisziplinären Charakter der Energieversorgung Rechnung tragen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein geeignetes und praxisorientiertes Analysewerkzeug für die konzeptionelle Systemforschung im Energiebereich zu beschreiben und auf die dezentrale Energieversorgung zur Untersuchung des technischen und ökologischen Potenzials anzuwenden. Hierfür werden zunächst Aspekte heutiger Energieversorgung beschrieben, um die Problemfelder des bisherigen Energieversorgungssystems aufzudecken. Es wird gezeigt, dass eine Energiewende mittel- bis langfristig unumgänglich ist. Als ein möglicher Lösungsansatz zur Gestaltung der zukünftigen Energieversorgung wird die dezentrale Energieversorgung eingeführt. Dafür wird die dezentrale Energieversorgung definiert, der Aufbau und wichtige technische Aspekte werden ausführlich beschrieben. Die Herausforderungen für Unternehmen im Geschäftsfeld der dezentralen Energieversorgung und daraus abgeleitete Notwendigkeiten der Systemanalyse werden dargestellt. Zur Analyse dezentraler Versorgungsstrukturen werden verschiedene Analysewerkzeuge vorgestellt und vor dem Hintergrund des Anwendungsbereichs der konzeptionellen Systemforschung bewertet. System Dynamics wird als ein geeignetes und praxisorientiertes Modellierungskonzept eingeführt. Für die Untersuchung des technischen und ökologischen Potenzials dezentraler Energiesysteme wird das System Dynamics Modell DEV entwickelt und in die Simulationsumgebung iThink™ implementiert. Betrachtungen zu Modellvalidierung und -verifikation, den Anwendungsmöglichkeiten sowie den Einschränkungen und Grenzen des Modells werden erörtert. Die Simulationsergebnisse auf Basis der zuvor definierten Versorgungsszenarien dienen zur Darstellung der Leistungsfähigkeit des Modells und zur Diskussion des technischen und ökologischen Potenzials dezentraler Energieversorgungsstrukturen.