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Forschungsprojekte

Forschungsprojekte des Forschungsschwerpunktes Energiemärkte und Energiesystemanalyse

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Energie Campus Nürnberg (EnCN)

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Ausgewählte Teilprojekte

Energiemarktdesign

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg (EnCN2)
Projektleitung: , , , , , ,
Projektbeteiligte: , , , , , , , , , ,
Projektstart: 01/01/17
Projektende: 12/31/21
Akronym: EMD
Mittelgeber: andere Förderorganisation, Bayerische Staatsministerien
URL: http://www.encn.de/en/forschungsthemen/energiemarktdesign/

Abstract:

Im Projekt „Energiemarktdesign“ des EnCN2 befasst sich ein Forscherteam aus ökonomen, Mathematikern und Juristen mit den wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen für die Transformation des Energiesystems. Ziel ist es, die Methoden der Energiemarktmodellierung weiterzuentwickeln und mit fundierten Analysen zum energiepolitischen Diskurs in Deutschland und Europa beizutragen. Im Bereich des Strommarkts liegen die Schwerpunkte insbesondere auf der Steuerungswirkung des Marktdesigns für regulierten Netzausbau und privatwirtschaftliche Investitionen, sowie der Identifikation von Rahmenbedingungen auf Verteilnetzebene, die Geschäftsmodelle regionaler Stakeholder als Flexibilitätsoptionen nutzbar zu machen. Zur Adressierung dieser komplexen ökonomischen Fragestellungen werden im Projekt „Energiemarktdesign“ auch die mathematischen Techniken entwickelt, um die Lösbarkeit der betrachteten Modelle zu gewährleisten. Eine weitere zentrale Fragestellung ergibt sich aus der wachsenden Bedeutung der Sektorkopplung. In dem Projekt sollen hierzu Modelle zur Bewertung des europäischen Gasmarktdesigns zur Anwendung kommen, die im SFB Transregio 154 zur mathematischen Modellierung, Simulation und Optimierung von Gasnetzwerken von den Projektpartnern entwickelt werden. Langfristiges Ziel der Arbeitsgruppe ist es, in einer integrierten Betrachtung änderungen am Strom- und Gasmarktdesign mit ihren Auswirkungen auf Investitionsentscheidungen untersuchen zu können

Publikationen:

Speicher B - Effiziente Wasserstofflogistik

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg (EnCN2)
Projektleitung: ,
Projektbeteiligte:
Projektstart: 01/01/17
Projektende: 12/31/21
Mittelgeber: andere Förderorganisation, Bayerische Staatsministerien

Abstract:

Die Dekarbonisierung des Mobilitätssektors ist ein wichtiger Baustein im Kampf gegen den Klimawandel. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge können dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Besondere Herausforderungen stellen sich jedoch bspw. bei den Themenfeldern der Reichweite, Ladeinfrastruktur, Netzbelastung und im Schwerlastverkehr. Kurz- bis mittelfristig ist daher davon auszugehen, dass batterieelektrische Fahrzeuge durch den Einsatz synthetischer Kraftstoffe wie Wasserstoff ergänzt werden. Vor allem auf Grund des schwierigen Handlings und der geringen volumetrischen Energiedichte des Gases ist eine effiziente Logistik ein elementarer Baustein der Wasserstoffmobilität. Im Forschungsschwerpunkt „Effizient Wasserstofflogistik“ des Teilprojekts „Speicher B“ des EnCN2 befasst sich ein interdisziplinäres Team von Ingenieuren und Ökonomen mit der Zukunft der Wasserstoffmobilität. Für die Logistik bieten sogenannte LOHCs (Liquid Organic Hydrogen Carrier) eine innovative Alternative zu Druckwasserstoff, kryogenem Wasserstoff oder der on-site Produktion durch Elektrolyse. Durch eine katalytische Hydrierung können die Wasserstoffmoleküle am flüssigen LOHC chemisch gebunden und anschließend als Flüssigkeit verlustfrei gelagert und transportiert werden. An der Tankstelle kann der Wasserstoff freigesetzt werden. Der  LOHC steht somit für eine erneute Beladung zur Verfügung. Durch mathematische Modelle werden die verschiedenen Technologien und Mobilitätskonzepte hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit, aber auch auf ihren Einfluss auf das Energiesystem, hin untersucht und eingeordnet.

Publikationen:

Sonderforschungsbereich/Transregio

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Ausgewählte Teilprojekte

Wohlfahrtsoptimale Nominierungen in Gasnetzen und zugehörige Gleichgewichte

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: SFB TRR 154 “Mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung am Beispiel von Gasnetzen”
Projektleitung: , , ,
Projektbeteiligte:
Projektstart: 10/01/16
Projektende: 06/30/18
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
URL: http://trr154.fau.de/index.php/de/teilprojekte/b08

Abstract:

Ziel dieses Teilprojekts ist die Analyse der Beziehung zwischen (i) den Gleichgewichten in einfachen Wettbewerbsmodellen des Gasmarktes und (ii) der Lösung eines korrespondierenden einstufigen Wohlfahrtsmaximierungsproblems. Ein tiefgehendes Verständnis dieses Zusammenhangs ist eine zwingende Voraussetzung für eine Analyse des in Europa vorherrschenden Entry-Exit-Systems im Gashandel unter Einbeziehung der physikalischen Eigenschaften des Gasflusses. Ähnliche Fragestellungen wurden bereits in der Strommarktliteratur ausführlich analysiert. Aufgrund der Komplexität der Modellierung von Gasflüssen im Netzwerk ist eine entsprechende Analyse von Gasmärkten jedoch von deutlich höherer Komplexität: Zum einen sind Gasflüsse in Netzwerken nicht konvex modellierbar aufgrund der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse. Dies impliziert, dass klassische Optimalitätsbedingungen nicht hinreichend sind. Zum anderen erfordert der Gastransport den Einsatz aktiver Elemente wie Schieber oder Kompressoren. Diese Elemente erfordern den Einsatz von Binärvariablen, die weitere Nicht-Konvexitäten in den zugrundeliegenden Gleichgewichtsproblemen implizieren.
Als Ergebnis des Projekts soll ein erstes Referenzmodell erarbeitet werden, das die Analyse der Gasphysik und die Analyse von Gasmärkten verbindet. Dieses Modell soll die Basis darstellen für die weitergehende Analyse mehrstufiger Modelle von Gasmärkten mit einem Entry-Exit System. Darüber hinaus erweitern die Resultate das Verständnis von binären Gleichgewichtsproblemen.

Publikationen:

Center for Management, Technology and Society

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Ausgewählte Teilprojekte

Wohlfahrtsoptimale Nominierungen in Gasnetzen und zugehörige Gleichgewichte

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: SFB TRR 154 “Mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung am Beispiel von Gasnetzen”
Projektleitung: , , ,
Projektbeteiligte:
Projektstart: 10/01/16
Projektende: 06/30/18
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
URL: http://trr154.fau.de/index.php/de/teilprojekte/b08

Abstract:

Ziel dieses Teilprojekts ist die Analyse der Beziehung zwischen (i) den Gleichgewichten in einfachen Wettbewerbsmodellen des Gasmarktes und (ii) der Lösung eines korrespondierenden einstufigen Wohlfahrtsmaximierungsproblems. Ein tiefgehendes Verständnis dieses Zusammenhangs ist eine zwingende Voraussetzung für eine Analyse des in Europa vorherrschenden Entry-Exit-Systems im Gashandel unter Einbeziehung der physikalischen Eigenschaften des Gasflusses. Ähnliche Fragestellungen wurden bereits in der Strommarktliteratur ausführlich analysiert. Aufgrund der Komplexität der Modellierung von Gasflüssen im Netzwerk ist eine entsprechende Analyse von Gasmärkten jedoch von deutlich höherer Komplexität: Zum einen sind Gasflüsse in Netzwerken nicht konvex modellierbar aufgrund der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse. Dies impliziert, dass klassische Optimalitätsbedingungen nicht hinreichend sind. Zum anderen erfordert der Gastransport den Einsatz aktiver Elemente wie Schieber oder Kompressoren. Diese Elemente erfordern den Einsatz von Binärvariablen, die weitere Nicht-Konvexitäten in den zugrundeliegenden Gleichgewichtsproblemen implizieren.
Als Ergebnis des Projekts soll ein erstes Referenzmodell erarbeitet werden, das die Analyse der Gasphysik und die Analyse von Gasmärkten verbindet. Dieses Modell soll die Basis darstellen für die weitergehende Analyse mehrstufiger Modelle von Gasmärkten mit einem Entry-Exit System. Darüber hinaus erweitern die Resultate das Verständnis von binären Gleichgewichtsproblemen.

Publikationen: