Szenarien zur zuk��nftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien

Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausma��e der Klima��nderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabh��ngig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren l��sst, bleibt dabei zu kl��ren, welche M��glichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zuk��nftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schl��ssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit f��r etwa die H��lfte des anthropogenen CO2-Aussto��es verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien M��glichkeiten einer weitgehend CO2���neutralen Stromversorgung f��r Europa und seine n��here Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie m��glichst kosteng��nstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise f��r Szenarien untersucht, in denen ausschlie��lich heute marktverf��gbare Techniken ber��cksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zuk��nftigen Stromversorgung sollte dabei nach M��glichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsans��tze gew��hrleisten. Daf��r wurde ein Optimierungsansatz gew��hlt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, f��r die definierte m��glichst realit��tsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gew��hrleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke ber��cksichtigt. Abh��ngig von den gew��hlten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage f��r zuk��nftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen f��r eine zuk��nftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener ��� auch politischer ��� Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage f��r die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und r��umlicher Aufl��sung ermittelt werden, mit denen es erstmals m��glich war, die Fragen einer gro��r��umigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verl��sslichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausf��hrlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario f��r eine Stromversorgung unter ausschlie��licher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschlie��lich auf heute bereits entwickelte Technologien zur��ckgreift und dabei f��r alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Absch��tzung f��r unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum gr����ten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft ��bernehmen den ��berwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des ��� mit leistungsstarker HG�� (Hochspannungs���Gleichstrom�����bertragung) verkn��pften ��� Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 ���ct / kWh sehr nahe am heute ��blichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Stromb��rse. In allen Szenarien ��� au��er relativ teuren, restriktiv ���dezentralen��� unter Ausschluss gro��r��umig l��nder��bergreifenden Stromtransports ��� spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabh��ngigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kosteng��nstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherf��higkeit f��r gro��r��umige Backup-Aufgaben zu erschlie��en. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schl��ssel zu einer kosteng��nstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den gro��r��umigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verl��ssliche Grundlagen f��r wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verf��gung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung m��glich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren w��re und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik l��ge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente f��r eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2���neutralen Stromversorgung beschritten w��rde, sondern sich dar��ber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven f��r die ��rmeren Nachbarstaaten der EU und Europas er��ffnen.

Entwicklung und Anwendung einer Kraftwerks- und Speichereinsatzoptimierung f��r die Untersuchung von Energieversorgungsszenarien mit hohem Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland

In dieser Arbeit wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Einsatzoptimierungsmodell f��r Kraftwerke und Speicher aufgebaut und f��r die Untersuchung der Energieversorgung Deutschlands im Jahre 2050 gem���� den Leitstudie-Szenarien 2050 A und 2050 C ([Nitsch und Andere, 2012]) verwendet, in denen erneuerbare Energien einen Anteil von ��ber 85 % an der Stromerzeugung haben und die Wind- und Solarenergie starke Schwankungen der durch steuerbare Kraftwerke und Speicher zu deckenden residualen Stromnachfrage (Residuallast) verursachen. In Szenario 2050 A sind 67 TWh Wasserstoff, die elektrolytisch aus erneuerbarem Strom zu erzeugen sind, f��r den Verkehr vorgesehen. In Szenario 2050 C ist kein Wasserstoff f��r den Verkehr vorgesehen und die effizientere Elektromobilit��t hat einen Anteil von 100% am Individualverkehr. Daher wird weniger erneuerbarer Strom zur Erreichung desselben erneuerbaren Anteils im Verkehrssektor ben��tigt. Da desweiteren Elektrofahrzeuge Lastmanagementpotentiale bieten, weisen die Residuallasten der Szenarien eine unterschiedliche zeitliche Charakteristik und Jahressumme auf. Der Schwerpunkt der Betrachtung lag auf der Ermittlung der Auslastung und Fahrweise des in den Szenarien unterstellten ���Kraftwerks���-parks bestehend aus Kraftwerken zur reinen Stromerzeugung, Kraft-W��rme-Kopplungskraftwerken, die mit W��rmespeichern, elektrischen Heizst��ben und Gas-Backupkesseln ausgestattet sind, Stromspeichern und W��rmepumpen, die durch W��rmespeicher zum Lastmanagment eingesetzt werden k��nnen. Der Fahrplan dieser Komponenten wurde auf minimale variable Gesamtkosten der Strom- und W��rmeerzeugung ��ber einen Planungshorizont von jeweils vier Tagen hin optimiert. Das Optimierungsproblem wurde mit dem linearen Branch-and-Cut-Solver der software CPLEX gel��st. Mittels sogenannter rollierender Planung wurde durch Zusammensetzen der Planungsergebnisse f��r ��berlappende Planungsperioden der Kraftwerks- und Speichereinsatz f��r die kompletten Szenariojahre erhalten. Es wurde gezeigt, dass der KWK-Anteil an der W��rmelastdeckung gering ist. Dies wurde begr��ndet durch die zeitliche Struktur der Stromresiduallast, die w��rmeseitige Dimensionierung der Anlagen und die Tatsache, dass nur eine kurzfristige Speicherung von W��rme vorgesehen war. Die w��rmeseitige Dimensionierung der KWK stellte eine Begrenzung des Deckungsanteils dar, da im Winter bei hoher Stromresiduallast nur wenig freie Leistung zur Beladung der Speicher zur Verf��gung stand. In den Berechnungen f��r das Szenario 2050 A und C lag der mittlere Deckungsanteil der KWK an der W��rmenachfrage von ca. 100 TWh_th bei 40 bzw. 60 %, obwohl die Auslegung der KWK einen theoretischen Anteil von ��ber 97 % an der W��rmelastdeckung erlaubt h��tte, g��be es die Beschr��nkungen durch die Stromseite nicht. Desweiteren wurde die CO2-Vermeidungswirkung der KWK-W��rmespeicher und des Lastmanagements mit W��rmepumpen untersucht. In Szenario 2050 A ergab sich keine signi���kante CO2-Vermeidungswirkung der KWK-W��rmespeicher, in Szenario 2050 C hingegen ergab sich eine geringe aber signi���kante CO2-Einsparung in H��he von 1,6 % der Gesamtemissionen der Stromerzeugung und KWK-gebundenen W��rmeversorgung. Das Lastmanagement mit W��rmepumpen vermied Emissionen von 110 Tausend Tonnen CO2 (0,4 % der Gesamtemissionen) in Szenario A und 213 Tausend Tonnen in Szenario C (0,8 % der Gesamtemissionen). Es wurden dar��ber hinaus Betrachtungen zur Konkurrenz zwischen solarthermischer Nahw��rme und KWK bei Einspeisung in dieselben W��rmenetze vorgenommen. Eine weitere Einschr��nkung der KWK-Erzeugung durch den Einspeisevorrang der Solarthermie wurde festgestellt. Ferner wurde eine untere Grenze von 6,5 bzw. 8,8 TWh_th f��r die in den Szenarien mindestens ben��tigte Wasserstoff-Speicherkapazit��t ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das technisch-��konomische Potential von Langzeitw��rmespeichern f��r eine bessere Integration von KWK ins System zu ermitteln bzw. generell nach geeigneteren W��rmesektorszenarien zu suchen, da deutlich wurde, dass f��r die ��ffentliche W��rmeversorgung die KWK in Kombination mit Kurzzeitw��rmespeicherung, Gaskesseln und elektrischen Heizern keine sehr effektive CO2 -Reduktion in den Szenarien erreicht. Es sollte dabei z.B. untersucht werden, ob ein multivalentes System aus KWK, W��rmespeichern und W��rmepumpen eine ��konomisch darstellbare Alternative sein k��nnte und im Anschluss eine Betrachtung der optimalen Anteile von KWK, W��rmepumpen und Solarthermie im W��rmemarkt vorgenommen werden.

Influence of farmers educational level on comprehending, acting-upon and sharing of agro advisories

Although short messaging service (SMS) through mobile phones has quickly gained popularity among most other sectors in India, its potential is not fully realised in the agriculture sector as a cost effective service to reach farmers and elicit desirable action. Despite the cost effectiveness, mobile messaging has remained a challenge in the farming sector in terms of its end use and action as far as extension systems are concerned. While there could be many influencing factors affecting the utility of mobile messages, this study assumed that educational level of farmers could be a major factor. A telephone survey was conducted to ascertain the influence of farmers��� education on the level of utilisation of mobile-based advisories. Farmers with higher education level showed better comprehension of advisories, actedupon the advisories more promptly and shared the information with fellow farmers more often than those with lower education level. There was a significant association between comprehending, sharing and acting upon advisories. This has implications to achieve enhanced extension reach with higher efficiency in terms of cost and time.