diff --git a/CHANGELOG.md b/CHANGELOG.md index 74632acc..1527b1a0 100644 --- a/CHANGELOG.md +++ b/CHANGELOG.md @@ -73,6 +73,7 @@ and the versioning aim to respect [Semantic Versioning](http://semver.org/spec/v - Add technology data for batteries - Add technology data for thermal storages - Add definition of relevant regions (NUTS3) in global configuration file +- Add documentation of energy system of ABW ### Changed diff --git a/docs/img/esys/DigiPlan_Energiesystem.svg b/docs/img/esys/DigiPlan_Energiesystem.svg new file mode 100644 index 00000000..5aab4c51 --- /dev/null +++ b/docs/img/esys/DigiPlan_Energiesystem.svg @@ -0,0 +1,4808 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + Biogasupgrading plant + + + Biomass + BiomassImport + + + + + + + + + + + Dec.CHP + + + + + + + + + + Cen.CHP + + + + + + + Biogas + + + + + + + Biogasplant + + + + + + + + Lignite + LigniteImport + + + CoalOven + + + + + + + + + + + + Wood + WoodImport + + + WoodOven + + + + + + + Cen.CCGT + + + Dec.CCGT + + + + + + + + + + + + + + + + + + MethaneImport + + + + + Methane + + GT + + + + + + Cen.CHP + + + + + Cen. Gasboiler + + + + + Dec. Gasboiler + + + + + + + + + + + + Cen.CCGT + + Dec.CCGT + + + + + + + Dec.CHP + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ElectricityImport + + ElectricityExport + + Electricitydemandsectors i + + Electricity + + LargeBattery + + + + i = {HH, CTSA, Industry} + + Wind + + + PV (ground) + + + PV (rooftop) + + + + BEVdemand + + + + + + Dec. HP + + Dec. PtH + + + + + + + + + Cen. HP + + Cen. PtH + + + + RoR + + + + + Central heat + + + Decentral heat + + Dec.TES + + Cen.TES + + + + + Cen. heatdemandsectors i + Dec. heatdemandsectors i + + Dec. Solarthermalcollector + + + + + + SmallBattery + Cen. Solarthermalcollector + + + + + diff --git a/docs/sections/esys.md b/docs/sections/esys.md index fee47f87..5a714aaa 100644 --- a/docs/sections/esys.md +++ b/docs/sections/esys.md @@ -1,7 +1,192 @@ # Energiesystem -Hier wird der Aufbau des Energiesystem beschrieben. Die Generierung der +Im Folgenden wird der Aufbau des in Digiplan verwendeten Energiesystems für die +Region Anhalt-Bitterfeld-Wittenberg beschrieben. Die Generierung der Energiesystemdaten für die App ist Teil der [Developer Docs](../sections/esys_dev.md). -**TBD** +## Das Energiesystem im Überblick + +Schematische Darstellung: + +![Energy system schema](../img/esys/DigiPlan_Energiesystem.svg) + +In den Modellen wird das Energiesystem für das Jahr 2045 aufgestellt. Dabei +wird sich am derzeitigen Energiesystem orientiert, dessen Komponenten u.a. auf +den Daten des Marktstammdatenregisters (MaStR) beruhen. + +## Annahmen und Vereinfachungen + +Es werden die folgenden Annahmen und Vereinfachungen getroffen: + +- Für die Prognosen (z.B. Energieträger, Verbräuche) werden die + [BMWK Langfristszenarien](https://langfristszenarien.de) verwendet, vgl. + Datensatz [BMWK Langfristszenarien](../datasets/raw_datasets.md#bmwk-langfristszenarien). +- Biomasse wird unterteilt in: feste, gasförmige und flüssige Biomasse. +- Die Vorhersage zur Entwicklung der Biomasse geschieht auf der Basis von: + ["Technoökonomische Analyse und Transformationspfade des energetischen Biomassepotentials (TATBIO)"](https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Publikationen/Studien/technooekonomische-analyse-und-transformationspfade-des-energetischen-biomassepotentials.pdf?__blob=publicationFile&v=1), + vgl. Datensatz [dbfz_biomass_heat_capacities](../datasets/raw_datasets.md#installierte-leistungen-von-biomasse-konversionstechnologien). +- Flüssige Biomasse wird im Jahr 2045 ausschließlich im Verkehrsektor + eingesetzt. +- Der Verkehrssektor wird vernachlässigt. Demnach entfällt der Einsatz flüssiger + Biomasse. +- Es wird kein Biogas importiert: Sämtliches Biogas wird regional durch Biomasse + erzeugt. +- Der Bus Methan steht stellvertretend für einen Bus für klimaneutrale Gase. + Es handelt sich um eine Mischung aus grünem Wasserstoff und Biomethan. + Immer wenn von Methan gesprochen wird, ist diese Gasmischung gemeint. +- Der Energieträger Braunkohle ist nur relevant zur Berechnungen der Emissionen + zum Status quo. +- Für das Jahr 2045 ist kein Import von Braunkohle vorhergesehen. +- Es wird das Jahr 2045 in stündlichen Schritten betrachtet. +- Sämtliche Zeitreihen liegen in dieser Auslösung vor oder werden in diese + Auflösung übersetzt. +- Es handelt sich um eine Dispatch Optimierung. +- Sämtliche Kapazitäten und Energiemengen bis auf die der Importe und Exporte + sowie die der Speichertechnologien sind fix gesetzt. +- Die Optimierung findet nach dem Perfect-Forsight-Prinzip über den + Zeithorizont eines Jahres statt. +- Die Strombedarfe werden je Sektor (Haushalte, GHD, Industrie) aggregiert + abgebildet, vgl. Datensatz + [demand_electricity_region](../datasets/datasets_datasets.md#strombedarf). +- Die Wärmebedarfe werden je Sektor (Haushalte, GHD, Industrie) abgebildet, + unterteilt in zentral (Fernwärmenetze) und dezentral, vgl. Datensatz + [demand_heat_region](../datasets/datasets_datasets.md#wärmebedarf). +- Es erfolgt keine Modellierung der Strom- und Wärmenetze. + +## Das Energiesystem im Detail + +### Busse + +Die folgenden acht Energieträger sind die Busse im Energiesystem: + +- Elektrizität +- Zentrale Wärme +- Dezentrale Wärme +- Methan +- Holz +- Braunkohle +- Biomassse +- Biogas + +### Erzeugungstechnologien + +Volatile Erzeugungsanlagen werden mit der +[oemof.tabular Komponente volatile](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/volatile.py) +abgebildet. Die folgenden Erzeugungsanlagen werden im Energiesystem betrachtet: + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|------------------------------|---------------------|----------------------|-------------------------|---------------------------------- +| Wind | | Elektrizität | Onshore-Wind | wind-onshore +| PV (ground) | | Elektrizität | Freiflächen-PV | solar-pv_ground +| PV (rooftop) | | Elektrizität | Aufdach-PV | solar-pv_rooftop +| Cen. Solar thermal collector | | Elektrizität | Zentrale Solarthermie | solar-thermalcollector_central +| Dec. Solar thermal collector | | Elektrizität | Dezentrale Solarthermie | solar-thermalcollector_decentral +| RoR | | Elektrizität | Laufwasserkraftwerk | hydro-ror + + +### Import und Export + +Strombezug aus dem Stromnetz wird mittels einer +[oemof.tabular Komponente shortage](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/shortage.py) +abgebildet. +Mit dieser Komponente wird auch der Bezug von Biomethan abgebildet und der von +Holz und etwaiger Braunkohle. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|--------------------|---------------------|----------------------|-------------------------|-------------------- +| Electricity Import | | Elektrizität | Bezug aus dem Stromnetz | electricity-import +| Methane Import | | Methan | Bezug von Methan | ch4-import +| Wood Import | | Holz | Bezug von Holz | wood-import +| Lignite Import | | Braunkohle | Bezug von Braunkohle | lignite-import +| Biomass Import | | Biomasse | Bezug von Biomasse | biomass-import + +Es wird der Export von Strom berücksichtigt. Der Verkauf von Strom aus der +Region wird mit der +[oemof.tabular Komponente excess](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/excess.py) +abgebildet. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|--------------------|---------------------|----------------------|-------------------|-------------------- +| Electricity Export | Elektrizität | | Verkauf von Strom | electricity-export + +### Bedarf + +Die Sektoren Haushalte (HH), Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (CTS) sowie +Industrie (Industry) haben einen Bedarf an Elektrizität, zentraler Wärme und +dezentraler Wärme. Der jeweilige Bedarf wird im Modell mit der +[oemof.tabular Komponente load](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/load.py) +abgebildet. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|------------------------------------|---------------------|----------------------|---------------------------------------|--------------------------- +| BEV demand | Elektrizität | | Strombedarf für Elektrofahrzeuge | electricity-bev_charging +| Electricity demand sector HH | Elektrizität | | Strombedarf Haushalte | electricity-demand_hh +| Electricity demand sector CTS | Elektrizität | | Strombedarf CTS | electricity-demand_cts +| Electricity demand sector Industry | Elektrizität | | Strombedarf Industrie | electricity-demand_ind +| Cen. heat demand sector HH | Zentrale Wärme | | Bedarf an zentraler Wärme Haushalte | heat_central-demand_hh +| Cen. heat demand sector CTS | Zentrale Wärme | | Bedarf an zentraler Wärme CTS | heat_central-demand_cts +| Cen. heat demand sector Industry | Zentrale Wärme | | Bedarf an zentraler Wärme Industrie | heat_central-demand_ind +| Dec. heat demand sector HH | Dezentrale Wärme | | Bedarf an dezentraler Wärme Haushalte | heat_decentral-demand_hh +| Dec. heat demand sector CTS | Dezentrale Wärme | | Bedarf an dezentraler Wärme CTS | heat_decentral-demand_cts +| Dec. heat demand sector Industry | Dezentrale Wärme | | Bedarf an dezentraler Wärme Industrie | heat_decentral-demand_ind + +### Wärmeerzeuger und weitere Wandler + +Wärmeerzeuger und weitere Wandler werden mittels der +[oemof.tabular Komponente conversion](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/conversion.py) +eingebunden. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|------------------------|---------------------|----------------------|----------------------------|-------------------------------- +| GT | Methan | Elektrizität | Gasturbine | ch4-gt +| Cen. HP | Elektrizität | Zentrale Wärme | Zentrale Wärmepumpe | electricity-heatpump_central +| Dec. HP | Elektrizität | Dezentrale Wärme | Dezentrale Wärmepumpe | electricity-heatpump_decentral +| Cen. PtH | Elektrizität | Zentrale Wärme | Zentrale Power-to-Heat | electricity-pth_central +| Dec. PtH | Elektrizität | Dezentrale Wärme | Dezentrale Power-to-Heat | electricity-pth_decentral +| Cen. Gas boiler | Methan | Zentrale Wärme | Zentrale Gasboiler | ch4-boiler_central +| Dec. Gas boiler | Methan | Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasboiler | ch4-boiler_decentral +| Wood Oven | Holz | Dezentrale Wärme | Dezentraler Holzofen | wood-oven +| Coal Oven | Braunkohle | Dezentrale Wärme | Dezentraler Braunkohleofen | lignite-oven +| Biogas plant | Biomasse | Biogas | Biogasanlage | biomass-biogas_plant +| Biogas upgrading plant | Biogas | Methan | Biogasaufbereitung | biogas-biogas_upgrading_plant + +### Kraft-Wärme-Kopplung + +Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird zwischen Gas-Turbinen mit Abhitzekessel und +Blockheizkraftwerken unterschieden. Für Gas-Turbinen mit Abhitzekessel wird die +[oemof.tabular Komponente Komponente extraction_turbine](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/extraction_turbine.py) +verwendet. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|------------|---------------------|-----------------------------------|------------------------------------------|----------------------- +| Cen. CCGT | Methan | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | ch4-extchp_central +| Dec. CCGT | Methan | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | ch4-extchp_decentral +| Cen. CCGT | Holz | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | wood-extchp_central +| Dec. CCGT | Holz | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrale Gasturbinen mit Abhitzekessel | wood-extchp_decentral + + +Für Blockheizkraftwerke wir auf die +[oemof.tabular Komponente Komponente backpressure_turbine](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/backpressure_turbine.py) +zurückgegriffen, welche einer Conversion Komponente mit zwei Ausgängen ähnelt +und daher vereinfachend zum Abbilden eines BHKWs verwendet werden kann. + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|------------|---------------------|-----------------------------------|------------------------------------------|---------------------------------- +| Cen. CHP | Methan | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrales Blockheizkraftwerk | ch4-bpchp_central +| Dec. CHP | Methan | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrales Blockheizkraftwerk | ch4-bpchp_decentral +| Cen. CHP | Biogas | Elektrizität und Zentrale Wärme | Zentrales Blockheizkraftwerk | biogas-bpchp_central +| Dec. CHP | Biogas | Elektrizität und Dezentrale Wärme | Dezentrales Blockheizkraftwerk | biogas-bpchp_decentral + +### Speicher + +Die folgenden Speicher sind im Energiesystem von ABW mittels der +[oemof.tabular Komponente Komponente storage](https://github.com/oemof/oemof-tabular/blob/dev/src/oemof/tabular/facades/storage.py) +eingebunden: + +| Komponente | Energieträger input | Energieträger output | Beschreibung | Komponentenname +|---------------|---------------------|----------------------|---------------------------------------|--------------------------------- +| Small Battery | Elektrizität | Elektrizität | Heimbatterien | electricity-small_scale_battery +| Large Battery | Elektrizität | Elektrizität | Großbatterien | electricity-large_scale_battery +| Cen. TES | Zentrale Wärme | Zentrale Wärme | Zentrale thermische Energiespeicher | heat_central-storage +| Dec. TES | Dezentrale Wärme | Dezentrale Wärme | Dezentrale thermische Energiespeicher | heat_decentral-storage diff --git a/index.md b/index.md index 6a971fd1..6f741a98 100644 --- a/index.md +++ b/index.md @@ -19,18 +19,4 @@ Weitere Ressourcen: - [Quellcode der Pipeline ("Digipipe")](https://github.com/rl-institut/digipipe) - [Quellcode der App ("Digiplan")](https://github.com/rl-institut/digiplan) -**Inhalt** - -- [Installation](docs/sections/installation.md) -- [Scenarios](docs/sections/scenarios.md) -- [Developer Docs](docs/sections/data.md) - - [Data Pipeline](docs/sections/data.md) - - [Workflow](docs/sections/workflow.md) - - [Struktur des Repos](docs/sections/structure.md) -- [Datasets](docs/datasets/raw_datasets.md) - - [Raw](docs/datasets/raw_datasets.md) - - [Preprocessed](docs/datasets/preprocessed_datasets.md) - - [Datasets](docs/datasets/datasets_datasets.md) - - [Appdata](docs/datasets/appdata_datasets.md) - ![Logo des Reiner Lemoine Instituts](docs/img/logos/RLI_DigiPlan_logos.png){ width="250", align="right"} diff --git a/mkdocs.yml b/mkdocs.yml index 21eb9ad5..0cb3adf9 100644 --- a/mkdocs.yml +++ b/mkdocs.yml @@ -10,7 +10,7 @@ nav: - Hintergrund: docs/sections/background.md - Szenarien: docs/sections/scenarios.md - Energiesystem: docs/sections/esys.md - - Daten: + - Daten und Methodik: - Raw: docs/datasets/raw_datasets.md - Preprocessed: docs/datasets/preprocessed_datasets.md - Datasets: docs/datasets/datasets_datasets.md