Dynamische Simulation von stationären Brennstoffzellen im liberalisierten Energiemarkt

Eine verstärkte Integration von erneuerbaren Energien und eine umfangreichere Nutzung der Potenziale von Kraft-Wärme-Kopplung führen zu einer zunehmend dezentral organisierten Energiewirtschaft, die sich durch eine Energiewandlung am Ort der Nachfrage und, je nach Energiesystem, durch eine lokale Kompensation der fluktuierenden erneuerbaren Einspeisung auszeichnet. Auf lange Sicht steht dabei au er Frage, dass Brennstoffzellen ein Baustein solch eines nachhaltigen und flexiblen Energiekonzepts darstellen werden. In der vorliegenden Dissertation wurde die Flexibilität bei der Energiebereitstellung mit Brennstoffzellen (1,5 kWel), das Potenzial von Brennstoffzellenerzeugung zur Integration der Windenergie und die Teilnahme von Brennstoffzellen am Spotmarkt und am Markt für Ausgleichsenergie untersucht. Dazu wurden aus Messreihen zweier Brennstoffzellen deren Charakteristiken erfasst. Der Energiebedarf der Haushalte wurde differenziert nach Bundesländern und für die 15 deutschen Klimazonen beschrieben. Auf Grundlage der Analyse beider Teilbereiche wurde ein Modell zur Simulation der Interaktion von Brennstoffzellenerzeugung, Energienachfrage, Windenergieeinspeisung und Marktpreisen für Elektrizität erstellt. Aufgrund dynamischer Restriktionen beim Betrieb von Brennstoffzellen, kann die Haushaltsnachfrage nach Elektrizität bei einer Gruppierung von einer Brennstoffzelle und einem Haushalt in einer Spanne von 78,4% bis 95,1% gedeckt werden. Bei einer Gruppierung von sechs Brennstoffzellen und Haushalten liegen die Residuen in einem Bereich von 0% bis 3,3% und bis zu einer Anzahl von elf werden sie in größtem Umfang bis auf 1% reduziert. Mit größeren Populationen von Brennstoffzellen wurde die Möglichkeit auf zusätzliche Nachfragen zur Haushaltsnachfrage einzugehen betrachtet. So konnte in der Jahresdauerlinie der Einspeisung von Windenergie in der EnBW Regelzone bei einem Marktanteil von 11% ein konstantes Leistungsplateau über 235 Tage (5.640 Stunden) auf dem Median von 29 MW geschaffen werden. Auf dem Spotmarkt lassen sich durch die Platzierung der ungenutzten Kapazität jährliche Deckungsbeiträge von 145 bis 200 Euro pro Brennstoffzelle erzielen. Auf dem Markt für Ausgleichsenergie liegen sie um den Faktor 2 bis 3,5 über denen des Spotmarktes.