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001015889 260__ $$aJülich$$bForschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag$$c2025
001015889 300__ $$a1 Online-Ressource (xxiii, 210 Seiten) : Diagramme, Karten
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001015889 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2025$$gFak04$$o2025-05-06
001015889 500__ $$aDruckausgabe: 2025. - Onlineausgabe: 2025. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
001015889 5203_ $$aIm historischen Energiesystem haben zentrale Großkraftwerke die Energieversorgung übernommen. Die räumliche Verteilung der Erzeuger konnte unter Berücksichtigung der Verbrauchsnähe und der Brennstoffvorkommen, beispielsweise im Falle von Braunkohle, frei gewählt werden. Der Ausbau der erneuerbaren Energieträger hingegen führt zu einer Vielzahl dezentraler Erzeuger im Energiesystem. Der Konflikt zwischen Erzeugungskonditionen und Verbrauchsnähe bei der räumlichen Allokation der Erzeuger ist eins der zentralen Elemente der Diskussion über die angestrebte Dezentralität. Darüber hinaus hat die Kleinteiligkeit der erneuerbaren Erzeuger Raum für Akteursvielfalt geschaffen. Beispielsweise treiben Energieregionen die Energiewende auf regionaler Ebene voran. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ziele von Energieregionen, zum Beispiel in Bezug auf Autarkie, bewertet und das Potenzial der Gemeinde zur Erreichung dieser Ziele ermittelt. Gleichzeitig ist die Untersuchung der Dezentralisierung des nationalen Energiesystems Gegenstand dieser Arbeit. Zu diesem Zweck wird das regionale Energiesystemmodell ETHOS. FineRegions auf Gemeindeebene entwickelt. Durch den Einsatz von Clustering-Methoden kann das Modell auch im nationalen Kontext angewendet werden. Eine einflussreiche Größe der Analyse sind die Potenziale von erneuerbaren Energieträgern. Insbesondere die regionale Verortung potenzieller Standorte für Windenergie- und PV-Anlagen ist entscheidend für die Ziele der Arbeit. Dementsprechend werden detaillierte Potenzialanalysen durchgeführt. Im Referenz-Szenario haben 10 231 von 11 003 Gemeinden mit 52% der deutschen Bevölkerung das Potenzial energieautark zu werden. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass Bestrebungen von Regionen eine autarke Energieversorgung aufzubauen, mit Nachteilen verbunden sind: Bevölkerungsreiche oder industrielle Bedarfszentren müssen extreme Kosten in Kauf nehmen oder können ihren Bedarf nicht eigenständig decken. Regionen mit großen erneuerbaren Erzeugungspotenzialen können zwar teilweise eine autarke Energieversorgung zu moderaten Kosten erreichen, verzichten aber auf große Einnahmemöglichkeiten durch Energieexporte. Das Streben nach Nettoautarkie hat keine Nachteile, solange es im Einklang mit nationalen Ausbauzielen steht und nicht als Obergrenze für den Ausbau der erneuerbaren Energieträger innerhalb der Regionen gesehen wird. Die Untersuchung verschiedener Dezentralisierungs-Szenarien mit 350 Modellknoten im nationalen Kontext zeigt, dass eine unzureichende Vernetzung zu einem starken Anstieg der Systemkosten führt: Ein unvernetztes System ist aufgrund der großen Speicherkapazitäten und der verhinderten Einbindung von zentralen Komponenten 56% teurer als das optimal vernetzte Energiesystem. Darüber hinaus kann die Verlagerung von PV-Anlagen von Freiflächen auf Dachflächen mit moderaten Mehrkosten von 4% zu einer ausgeglicheneren Verteilung der Erzeugung im Energiesystem führen. Die Substitution von Windenergieanlagen führt zwar zu einer regional noch ausgeglicheneren Erzeugung, aber zu höheren Mehrkosten von 12%.$$lger
001015889 520__ $$aIn the historical energy system, energy supply was provided by centralized large-scale power plants. The spatial distribution of the generators could be freely chosen, taking into account the proximity to consumption and fuel deposits, for example in the case of lignite. The expansion of renewable energy sources, on the other hand, leads to a large number of decentralized generators in the energy system. The conflict between generation conditions and proximity to consumption in the spatial allocation of generators is one of the central elements in the discussion about the desired decentralization. In addition, the small-scale nature of renewable generators has created space for a diversity of actors. For example, energy regions are driving the energy transition at the regional level. In this work, the goals of energy regions, for example in terms of self-sufficiency, are evaluated and the potential of the municipalities to achieve these goals is identified. At the same time, the study of the decentralization of the national energy system is the subject of this work. For this purpose, the regional energy system model ETHOS. FineRegions is being developed at municipal level. The utilization of clustering methods allows for the model to be applied at the national scale. An influential variable of the analysis is the potential of renewable energy sources. In particular, the regional location of potential sites for wind energy and PV plants is crucial for the objectives of the work. Accordingly, detailed potential analyses are performed. In the Reference-scenario, 10 231 out of 11 003 municipalities with 52% of the German population have the potential to become energy self-sufficient. Furthermore, the results show that efforts of regions to establish a self-sufficient energy supply are associated with disadvantages: High-population or industrial demand centers face extreme costs or are unable to meet their needs independently. Regions with large renewable generation potentials can partially achieve self-sufficient energy supply at moderate costs but forgo large revenue opportunities from energy exports. There is no downside to striving for net self-sufficiency as long as it is consistent with national expansion goals and is not seen as a cap on renewable expansion within regions. The study of different decentralization scenarios with 350 model nodes in a national context shows that insufficient interconnection leads to a sharp increase in system costs: An unconnected system is 56% more expensive than the optimally connected power system due to the large storage capacities and the prevented integration of centralized components. In addition, shifting PV systems from open space to rooftops can lead to a more balanced distribution of generation in the power system at a moderate additional cost of 4%. Substitution of wind turbines leads to even more regionally balanced generation, but at a higher incremental cost of 12%.$$leng
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