Fostering Distributed Flexibility Options in the Dynamic Transition Toward a Sustainable Energy System

Titelangaben

Weissflog, Jan:
Fostering Distributed Flexibility Options in the Dynamic Transition Toward a Sustainable Energy System.
Bayreuth , 2025 . - V, 78 S.
( Dissertation, 2025 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

This doctoral thesis explores the impact of external shocks on Germany’s energy transition and the potential of distributed flexibility options. It highlights how distributed flexibility options can address challenges arising from integrating renewable energy sources while maintaining sustainability, affordability, and security of supply. Germany’s energy system recently faced external shocks, including the COVID-19 pandemic and the European gas crisis. These crises exposed vulnerabilities, such as dependencies on natural gas imports and exposure to volatile energy markets, while accelerating the shift to renewable energy and electrification. The COVID-19 pandemic underscored the need for the interconnected European energy systems to jointly manage demand and generation fluctuations. At the same time, the gas crisis highlighted the importance of diversifying energy sources and accelerating the introduction of renewable energy sources to adapt to supply-side disruptions. Distributed flexibility solutions are crucial for addressing these challenges. They can contribute to balance intermittent renewable electricity generation, reduce grid congestion, and enhance system stability. Therefore, this thesis examines the contributions distributed flexibility options in the distribution grid can bring for systemic flexibility needs like redispatch, balancing energy, and residual load management. Further, a flexibility score is developed to quantify the revenue and associated risk of industrial flexibility measures and offers a practical tool for industrial consumers to uncover promising flexibility options. The score allows industrial consumers to estimate revenue and associated risk with minimal effort by evaluating the degrees of freedom of flexibility measures. Further, this thesis covers community-based approaches to promote the local synchronization of electricity generation and consumption to reduce electricity costs and support renewable energy integration. While effective, these approaches often face regulatory barriers that hinder their realization. The thesis emphasizes integrating distributed flexibility options into national energy policies and investment in digitalization to enhance coordination and scalability. This thesis provides a step toward effectively.

Abstract in weiterer Sprache

Angesichts externer Schocks, wie der COVID-19-Pandemie und der europäischen Gaskrise, sowie der zunehmenden Integration erneuerbarer Energien steht Deutschlands Energiesystem vor signifikanten Herausforderungen. Diese Krisen offenbarten Schwachstellen wie die Abhängigkeit von Erdgasimporten sowie die Vulnerabilität gegenüber volatilen Energiemärkten, betonten jedoch die Notwendigkeit des Ausbaus erneuerbarer Energien und der Elektrifizierung. Die COVID-19-Pandemie verdeutlicht die Notwendigkeit einer koordinierten Steuerung von Nachfrage- und Erzeugungsschwankungen innerhalb des vernetzten europäischen Energiesystems. Zugleich betont die europäische Gaskrise die Bedeutungen der Diversifizierung von Energieträgern und der beschleunigten Implementierung erneuerbarer Energiequellen. Daher untersucht die vorliegende Dissertation das Potenzial dezentralisierter Flexibilitätsoptionen aus u.a. PV-Anlagen, Batteriespeichern oder Wärmepumpen, zur Bewältigung dieser Herausforderungen und zeigt auf, wie diese Flexibilitätsoptionen die Nachhaltigkeit, Bezahlbarkeit und Versorgungssicherheit des Energiesystems unterstützen können. Die vorliegende Dissertation untersucht daher, welchen Beitrag dezentrale Flexibilitätsoptionen im Verteilnetz zum systemischen Flexibilitätsbedarf (Redispatch, Ausgleichsenergie und Residuallastmanagement) leisten können. Darüber hinaus wird ein Flexibilitätsscore, der den potenziellen Ertrag und das damit verbundene Risiko industrieller Flexibilitätsmaßnahmen quantifiziert, entwickelt. Dieser Score stellt ein praktisches Werkzeug für Industrieunternehmen dar, um aussichtsreiche Flexibilitätsmaßnahmen zu identifizieren und die Erträge sowie die zugehörigen Risiken mit minimalem Aufwand abschätzen zu können, indem die Freiheitsgrade der Flexibilitätsmaßnahmen bewertet werden. Zudem adressiert die Arbeit die Bedeutung von Energy Community Ansätzen zur Förderung der lokalen Synchronisation von Stromerzeugung und -verbrauch, um Energiekosten zu senken und die Integration erneuerbarer Energien und dezentraler Energieressourcen, wie PV-Anlagen, Batteriespeicher oder Elektrofahrzeuge, zu unterstützen. Trotz ihrer Effektivität stoßen diese Ansätze jedoch oft auf regulatorische Hürden, welche adressiert werden müssen. Die Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit dezentrale Flexibilitätsoptionen effektiv ins Energiesystem zu optimieren. Sie bietet Lösungsansätze zur effektiven Nutzung dieser Flexibilitätsoptionen, um so einen Weg zu einer nachhaltigen, kostengünstigen und sicheren Energiezukunft zu ebnen.