Search

The transition towards decarbonized energy systems requires the expansion of renewable and flexibility technologies in power sectors. In a model comparison, we examine the optimal expansion of such technologies with six capacity expansion power system models. The technologies under investigation include base- and peak-load power plants, electricity storage, and transmission. We define four highly simplified and harmonized use cases that focus on the expansion of only one or two specific technologies to isolate their effects on model results. We find that deviating assumptions on limited availability factors of technologies cause technology-specific deviations between optimal capacity expansion in models in almost all use cases. Fixed energy-to-power-ratios of storage can entirely change model optimal expansion outcomes, especially shifting the ratio between short- and long-duration storage. Fixed initial and end storage levels can impact the seasonal use of long-duration storage. Models with a pre-ordered dispatch structure significantly deviate from linear optimization models, as limited foresight and flexibility can lead to higher capacity investments. A simplified net transfer capacity approach underestimates the need for grid infrastructure compared to a more detailed direct current load flow approach. We further find deviations in model results of optimal storage and transmission capacity expansion between regions and link them to variable renewable energy generation and demand characteristics. We expect that the general effects identified in our stylized setting also hold in more detailed model applications, although they may be less visible there.

Im Projekt MuSeKo wird der kombinierte Einsatz unterschiedlicher Flexibilitäten und Sektorenkopplungen in einem künftigen Energiesystem mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien modellbasiert untersucht. Die Analyse erfolgt mit einem zeitlich und räumlich aufgelösten, techno-ökonomischen Ansatz. Anhand dessen Ergebnissen werden unterschiedliche energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen im Hinblick auf Investitionen und den Anlageneinsatz bewertet. Der Neuheitswert des Projekts liegt einerseits in der Fokussierung auf die Ausgestaltung der Kopplung von Strom- und Gassystem und andererseits auf der Kombination der gesamtwirtschaftlichen mit der betriebswirtschaftlichen Perspektive. Die Projektergebnisse zeigen einerseits die Chancen einer engeren Verzahnung der Strom-, Wärme- und Gasversorgung, und andererseits die damit einhergehenden regulatorischen Herausforderungen für die Anreizung systemdienlicher Investitionen und Anlageneinsätze. Die Arbeiten bieten in den erweiterten Methoden und erhobenen Daten eine wichtige Grundlage zur weiteren Erforschung der Umsetzung der flexiblen Sektorenkopplung in der Energiewende.