Willkommen bei KoSyWeb!

Herzlich willkommen bei KoSyWeb, dem interaktiven Webtool zum Verständnis von Kosten- und Treibhausgasentwicklungen in einem modernen Energiesystem beim Einsatz von Sektorenkopplungsoptionen.

Über KoSyWeb:

KoSyWeb setzt auf einen spielerischen Ansatz. KoSyWeb basiert auf einer dynamischen Energiesystemsimulation in der Modellierungssprache Modelica und ermöglicht Optionen der Sektorenkopplung in einem Energiesystem zu analysieren. Die Simulationen in KoSyWeb sind auf den Energiebedarf von 10.000 Haushalten normiert, um eine praxisnahe aber vergleichbare Perspektive zu gewährleisten. In diesem komplexen Energiesystem werden in KoSyWeb Energieanlagen über ein gesamtes Jahr simuliert. Die Ergebnisse umfassen Investitions- und Energiekosten, Energiemengen sowie den Anteil lokal erzeugter erneuerbarer Energie und THG-Einsparung für ein Jahr.

KoSyWeb beinhaltet Effizienz, spezifische Verluste und typische Dynamik der integrierten Energieanlagen und Speicherelementen. Die einzelnen Prozesse sind dynamisch gekoppelt und bilden zusammen das Gesamtenergiesystem und die Synergieoptionen. Über eine Steuerung sind die Prozesse aufeinander abgestimmt, damit die erzeugte erneuerbare Energie auf effiziente Weise lokal genutzt und zu jedem Zeitpunkt die Energiebedarfe der Verbraucher abgedeckt wird.

Mithilfe der Schieberegler wird die Dimensionierung der einzelnen Energieanlagen und Ausbau des Wärmenetzes eingestellt, sodass unterschiedlich ausgestaltete Energiesysteme zusammengestellt werden. Dies ermöglicht die Eigennutzung von mehr oder weniger erneuerbarer Energie im System.

Experimentieren Sie mit den Einstellungen und entdecken Sie, wie sich Kosten und Energieströme im System entwickeln. Für erklärende nähere Informationen zu den einzelnen Komponenten bewegen Sie die Maus über ein Symbol.

KoSyWeb dient nicht dazu eine detaillierte Auslegungsrechnung zur Dimensionierung von Anlagen oder eines Anlagenverbunds zu ersetzen.

Nun aber viel Spaß beim Spielen mit dem Energiesystem.

Informationen zu den Komponenten im Energiesystem:

Detailliertere Erklärungen zu den einzelnen Komponenten des Energiesystems in KoSyWeb ermöglichen ein erweitertes Verständnis. Im Folgenden werden Randbedingungen und Annahmen der eingesetzten Anlagen erklärt:

• Photovoltaik (PV) und Windenergieanlagen (WEA):Erneuerbare Energiequellen sind die Grundlage des zukünftigen Energiesystems. Insbesondere PV und WEA spielen neben Biomasse, Biogas und Wasserkraft eine zentrale Rolle für die Bereitstellung von Strom. Die Herausforderungen bei PV und WEA sind die fluktuierenden Energiequellen effizient zu nutzen und die Versorgungssicherheit bei geringen Kosten durch Energiespeicher und steuerbare erneuerbare Energiequellen sicherzustellen. Zur Modellierung der PV- und WEA-Leistung nutzt KoSyWeb für verschiedene Standorte Reanalyse-Wetterdaten in stündlicher Auflösung aus dem NASA MERRA Projekt (https://gmao.gsfc.nasa.gov/reanalysis/MERRA/). Aus den Wetterdaten wird die PV-Leistung durch das GSEE-Modell (Global Solar Energy Estimator, doi: 10.1016/j.energy.2016.08.060 ) und die WEA-Leistung mit dem VWF-Modell (Virtual Wind Farm, doi: 10.1016/j.energy.2016.08.068 ) modelliert (www.renewables.ninja).
   
• Steuerungskonzept im KoSyWeb-Energiesystem:
  Das Steuerungskonzept im Energiesystem in KoSyWeb zielt auf eine lokale Eigenbedarfsoptimierung ab. Dabei wird zunächst versucht viel Strom direkt beim Verbraucher zu nutzten. Für positive bzw. negative Residuallast wird die Batterie (falls vorhanden) verwendet. Weitere Überschüsse werden in der Power-to-Gas-Anlage (PtG) zur Produktion erneuerbarer Gase genutzt. Defizite können über ein Blockheizkraftwerk (BHKW) gedeckt werden. Besteht darüber hinaus Überschuss oder Defizit im Energiesystem, werden diese über das externe Stromnetz gedeckt.
  Das zunächst gespeicherte erneuerbare Gas aus der PtG-Anlage wird für die Verbraucher und das BHKW genutzt. Weitere Bedarfe werden über das externe Gasnetz gedeckt. Wenn der Gasspeicher voll ist, wird erneuerbares Gas aus der PtG-Anlage in das externe Gasnetz eingespeist.
   
• Batteriespeicher:
  Batteriespeicher werden in KoSyWeb zur direkten Speicherung von erneuerbarem Strom genutzt. Speicher ermöglichen eine Verschiebung und somit eine spätere Verfügbarkeit des Stroms. Beim Ein- und Ausspeichern entstehen jeweils elektrische Verluste in Höhe von etwa 10 %. Durch Veränderung der Batteriegröße im Energiesystem-KoSyWeb steigt sowohl die maximale Ein- und Ausspeiseleistung als auch die Batteriekapazität.
   
• Power-to-Gas Anlage (PtG):
  Mit der PtG-Technologie kann erneuerbarer Strom zur Herstellung von Wasserstoff und synthetischem Erdgas (Synthetic Natural Gas – SNG oder EE-Methan) genutzt werden. Dazu werden im Elektrolyseur aus demineralisiertem Wasser und Strom Wasserstoff und Sauerstoff hergestellt. In der Methanisierung wird der Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid zu erneuerbarem Methan umgesetzt. Erneuerbare Gase können in Gasspeicher gespeichert werden oder in das vorhandene Gasnetz eingespeist werden. Für die Elektrolyse wird in KoSyWeb eine Systemeffizienz von 73 %, für die Methanisierung 69 % angenommen.
   
• Blockheizkraftwerk (BHKW):
  Im BHKW wird Methan in einer motorischen Verbrennung zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann Methan effizient mit einem hohen Brennstoffnutzungsgrad verwendet werden (http://www.asue.de/sites/default/files/asue/themen/blockheizkraftwerke/2015/broschueren/asue_050315_bhkw_fibel.pdf). In KoSyWeb wird ein Gesamtwirkungsgrad von 85 % (ηel=42,3 % / ηtherm=42,7 %) angenommen. Die Abwärme aus dem BHKW kann von den Verbrauchern genutzt werden, wenn der Verbraucher über das Wärmenetz versorgt werden.
   
• Gasnetz:
  Die deutsche Gasinfrastruktur besteht aus ca. 40.000 km Hochdruckleitungsnetzen (https://fnb-gas.de/deutschland-sicher-mit-erdgas-versorgen/fernleitungsnetz/) und 550.000 km Verteilnetzen (Monitorbericht 2023, Bundesnetzagentur). In KoSyWeb wird angenommen, dass das aus dem Gasnetz bezogene Erdgas aus fossilen Quellen stammt und eine spezifische CO₂-Emission von 180 g CO₂/kWh aufweist (https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/479/publikationen/cc_28-2022_emissionsfaktoren-brennstoffe_bf.pdf, Stand 11/2023). Der Gaspreis wird mit 14,81 ct/kWh (https://www.bdew.de/service/daten-und-grafiken/bdew-gaspreisanalyse/, Stand 11/2023) angenommen. In KoSyWeb kann grünes Methan in das Erdgasnetz eingespeist werden. Eine Einspeisevergütung für grünes Methan wird nicht berücksichtigt.
  (Link: https://www.dvgw.de/themen/energiewende/wasserstoff-und-energiewende/h2vorort, https://www.dvgw.de/themen/forschung-und-innovation/energieforschung/roadmap-gas-2050 )
   
• Gasspeicher:
  Elektrische Energie lässt sich in Form von chemischen Energieträgern in Gasspeichern auch saisonal speichern. Die Energie kann später bedarfsgerecht für die Wärmeversorgung, stoffliche Nutzung oder Wiederverstromung zur Verfügung gestellt werden. Energiebedarf für die Einspeisung (Kompression) und andere Speicherverluste werden nicht berücksichtigt.
   
• Stromnetz:

  Der in KoSyWeb hinterlegte Strommix 2023 in Deutschland besteht aus:

  • 56,9 % aus erneuerbaren Energieträgern: Windkraft, Biomasse, Photovoltaik, Wasserkraft
  • 38,8 % aus fossilen Energieträgern: Kohle, Erdgas, Öl
  • 1,5 % aus Kernenergie
  (https://www.energycharts.info/downloads/Stromerzeugung_2023.pdf)
  In KoSyWeb wird Strom aus dem Netz bei Bedarf zugekauft. Die spezifische CO₂-Emission für Strom beträgt im Modell 434 g CO₂/kWh (https://www.umweltbundesamt.de/themen/co2-emissionen-pro-kilowattstunde-strom-stiegen-in, Stand 11/2023). Der Verbraucherstrompreis liegt bei 46,27 ct/kWh (https://www.bdew.de/service/daten-und-grafiken/bdew-strompreisanalyse/, Stand 11/2023).
   
• Wärmenetz Anschlussquote:
  In KoSyWeb kann das Wärmenetz für die Verbraucher zur Nutzung der Abwärme aus dem BHKW und der Methanisierung ausgebaut werden. Wenn nicht genügend Abwärme im Wärmenetz für die angeschlossenen Verbraucher zur Verfügung steht, wird Wärme über ein gasbefeuertes Heizwerk bereitgestellt. Die Kosten für den Ausbau des Wärmenetzes wurden anhand typischer Wärmebedarfsdichten abgeschätzt. Es wurde angenommen, dass alle Anlieger am Wärmenetz auch tatsächlich an das Wärmenetz angeschlossen werden. Wärmeverluste im Wärmenetz werden nicht berücksichtigt.
   
• Kostenrechnung und Treibhausgasbilanz:

  In KoSyWeb werden Investitions- und Betriebskosten der Anlagen aus der Literatur (siehe Tabelle unten) berücksichtigt, die über typische Nutzungsdauern (AfA-Tabelle) abgeschrieben werden. Die Kosten für den Bezug von Strom und Erdgas aus den externen Netzen ergeben sich aus dem angenommenen Strom- und Gaspreis. EE-Strom bzw. EE-Methan, wird in die externen Netze eingespeist, sofern es nicht genutzt oder gespeichert werden kann. Einspeisevergütung oder Erlöse aus CO₂-Zertifikaten werden nicht berücksichtigt. In der Ergebnisgrafik werden die Gestehungskosten für erneuerbaren Strom und Gas aufgezeigt. Gestehungskosten beinhalten alle Kosten, die zur Herstellung des EE-Stroms und des EE-Gases notwendig sind (z. B. Abschreibung auf Anlagen).

  Außerdem wird in KoSyWeb die Einsparung gegenüber dem Referenzfall berechnet. Im Referenzfall werden keine Maßnahmen (z.B. Ausbau Erneuerbare, Installation von Speicher, ...) im Energiesystem durchgeführt. Dies bedeutet, dass der gesamte Energiebedarf der Verbraucher aus dem externen Strom- bzw. Gasnetz bezogen werden muss. Die THG-Einsparung bezieht sich auf die THG-Emissionen im Referenzfall.
  
   
   
• Treibhausgasvermeidungskosten (THG-Vermeidungskosten):
  THG-Vermeidungskosten sind die Mehrkosten pro Tonne CO₂-Einsparung im Vergleich zum Referenzfall. Bei negativen Vermeidungskosten sind sowohl die Gesamtkosten als auch die THG-Emission im Energiesystem geringer als im Referenzfall. THG-Vermeidungskosten werden nur berechnet, wenn die THG-Emissionen geringer sind als im Referenzfall.
  
  
  
  Der Anteil von lokal erzeugtem Strom ist das Verhältnis von erzeugtem Strom aus WEA und PV zu Strom, der aus dem Netz bezogen wurde. Der Anteil von lokal erzeugtem Gas ist das Verhältnis von Methan aus der Methanisierung zu Erdgas, das aus dem Netz bezogen wurde.
   
• Standorte:
  Es wurden zwei Standorte mit hohem Potenzial für erneuerbare Energien ausgewählt. Karlsruhe liegt in der Rheinebene und verfügt über hohe Sonneneinstrahlung für Photovoltaik. Büsum ist ein Standort mit hohem Windenergiepotenzial.

Wünschen Sie mehr Informationen zum Webtool? Bitte wenden Sie sich an: info(at)trafokommune.de

KoSyWeb: Version 1.04