Abstract The feed-in of electricity from renewable energies, such as wind or solar power, fluctuates based on weather conditions. This unpredictability due to volatile feed-in can lead to sudden changes in energy generation so that solutions ensuring grid stability need to be implemented. The cooling sector offers the opportunity to create flexibilities for such balancing, with this study focusing on the thermal flexibilities that can be provided by cooling applications. Various cooling-demand profiles are investigated with respect to their load profile and their impact on flexibility is analysed. In addition to the cooling demand, scenarios of different storage dimensions are considered. As a result, it shows that an increasing base-load level and increasing operating-load duration have a negative effect on flexibility, while an increasing full-load duration is beneficial for flexibility. Storage size also has a strong impact as higher storage capacity and storage performance indicate higher flexibility, whereas above a certain size they only provide little added value.

In dem Bericht werden insbesondere auf Daten der Bundesnetzagentur (2022) basierende Steckbriefe sämtlicher bei der simulatorischen Behandlung der generellen Leistungsverhält-nisse in einem der geplanten Energiewende unterworfenen Energieversorgungssystem darge stellt. Die Steckbriefe umfassen die auftretenden Leistungsverläufe der Versorgung aus Photovoltaik, Windkraft, Biomasse usw. und des Verbrauchs mit Stromdirektverbrauchern, Wärmepumpen und Elektro-Fahrzeugen. Für den Verbrauch werden zwei Lastvarianten angegeben. Elektrolyseure sind in beiden Varianten nicht berücksichtigt, da sie trotz ihrer hohen Verluste dem Bereich der Wasserstoffspeicherung zugeordnet werden. Ebenso werden Wasserstoff-Kraftwerke weder dem Bereich der Erzeuger oder, aufgrund ihrer hohen Verluste, der Verbraucher zugeordnet; diese sind ebenfalls dem Bereich der Wasserstoffspeicherung zuzuordnen. Die Leistungsverläufe werden ergänzt durch „Heatmaps“, mit deren Hilfe sich die Leistungsverläufe in vorteilhafter Weise tages- und stundenweise auflösen lassen. Im Gegensatz zur normalen Darstellung der Leistungsverläufe, aus denen sich saisonale Leistungsgänge und Leistungswerte sehr gut ablesen lassen, lassen sich aus diesen Heatmaps auch Tagesgänge aufgrund menschlicher Verhaltensweisen ermitteln. Statistiken zur Verteilung der Leistungswerte und Tabellen mit den wichtigsten Eckwerten der entsprechenden EE-Erzeuger und Verbraucher vervollständigen die Steckbriefe. In Einzelfällen werden noch Zusatzerläuterungen gegeben, ohne die sich die entsprechenden Steckbriefe unvollständig wären. Insgesamt ergibt sich, dass der Stromverbrauch ab 2045 saisonal enorm ausgeprägte Maxima und Minima aufweist, die erheblich von den Maxima und Minima des heutigen Stromverbrauchs abweichen. Dies ist das Resultat des Stromverbrauchs aus Wärmepumpen und Elektro-Fahr-zeugen. Die Verbrauchsmaxima können dabei Werte von etwa 170 GW erreichen, was im Gegensatz zu heutigen Maxima von weniger als 90 GW als bemerkenswert bezeichnet werden muss. In jedem Fall wird ein steuerbarer Backup-Kraftwerkspark benötigt, dessen kontinuierliche Verfügbarkeit während eines Tages größer wie 2 Stunden sein muss. Er muss gezielt zur Morgenzeit, typischerweise zwischen 05:00 und 07:00, mit Leistungshüben von 20 GW/h eingeschaltet und abends, typischerweise zwischen 18:00 und 20:00, mit Lastabwürfen von über 22 GW/h gezielt wieder abgeschaltet werden können. Grund hierfür ist der Wechsel menschlicher Tagesaktivität auf Nachtpassivität und umgekehrt, was sich im täglichen Strombedarf widerspiegelt.

Anlass der Studie ist das im Juli 2024 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK herausgegebene „Strommarktdesign der Zukunft : Optionen für ein sicheres, bezahlbares und nachhaltiges Stromsystem“ [BMWK 2024]. Das Strommarktdesign solle einen Paradigmenwechsel im Strommarkt herbeiführen. Eingeführt werden soll ein Kapazitätsmarkt, eine Art systemische Grundgebühr, zur Finanzierung unwirtschaftlicher Investitionen in künftig nur wenig auslastbare Kraftwerke. Zudem sollen die Stromverbraucher als Regelkomponente in einer zukünftig volatilen Stromversorgung eingesetzt werden. Die Motivation hierzu soll mit Hilfe dynamischer Stromtarife gelingen. Vorliegende Studie befasst sich insbesondere mit der potentiellen Wirkung dynamischer Strom-preise auf den Stromverbrauch. Hierzu wird das Einsparpotenzial bei Nutzung dieser Stromtarife untersucht. Empirische Befunde aus Deutschland und Schweden unterfüttern und erweitern diese Untersuchung mit Blick auf die erhoffte Beeinflussbarkeit des künftigen, den politischen Energiewende-Planungen unterworfenen Stromversorgungssystems. Die Untersuchungsergebnisse werden wie folgt interpretiert: • In „Smart-Grids“ können dynamische Stromtarife das Verbraucherverhalten bei einem Einsparpotential von 10 bis 15% begrenzt beeinflussen. • Der Einfluss beschränkt sich auf lokale Stromversorgungsnetze. • Der Stromverbrauch wird in dem Sinne vergleichmäßigt, dass tageweise auftretende Lastspitzen und Lasttäler sich durch Lastverschiebungen ausgeglichener darstellen. Die Differenz der beiden Tagesextremwerte könnte um bis zu 20% sinken. • Der jährliche Stromverbrauch wird hierdurch nicht wahrnehmbar beeinflusst. Der qualitative Verlauf des Lastgangs ebenso wenig. • Die Vergleichmäßigung ist in dem Sinne netzdienlich, dass nur unzureichend ausgebaute Ortsnetze durch die künftige zunehmende Beanspruchung durch Elektromobilität und Wärmepumpen nicht überbeansprucht werden bzw. dass deren sowieso notwendiger Ausbau in etwas reduzierter Weise ausgeführt werden kann. • Die grundlegenden Probleme bzw. Herausforderungen des geplant volatilen Gesamtstromversorgungssystems lassen sich durch Einsatz der Stromverbraucher als system-dienliches Regelglied nicht lösen. Dazu ist ihre Wirkung im Vergleich zur über das Jahr gemittelten Last zu gering. Der gewünschte Ausgleich sollte besser mit Hilfe geeigneter Speicher statt mit humanen Ressourcen als Regelglied gelöst werden. Prinzipiell kann die geplante Flexibilisierung des Strommarktes als eine gut vermittelbare und von den Stromkunden nur schlecht zu erkennende Form der Energierationierung durch Preismechanismen gesehen werden. Energierationierungen signalisieren oft strukturelle Probleme im Energiesektor eines Landes. Die Frage, ob der vom BMWK vorgeschlagene Paradigmenwechsel bereits in diese Richtung zielt, darf zusammen mit den derzeit immer offener und häufiger zutage tretenden, bisher noch verkraftbaren Dysfunktionalitäten der derzeitigen Stromversorgung durchaus in Betracht gezogen werden.

Since high costs restrict the wide-range implementation of green hydrogen production capacities based on proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE), efforts on cost reduced components need to be made. Beside the necessary noble metal catalyst, the membrane material is a main cost driver. In this work, a novel glass fibre reinforced PFSA/ssPS composite membrane is investigated as an alternative to widely used Nafion®. These membranes are processed into membrane-electrode-assemblies (MEAs) in conjunction with catalyst-coated substrates, prepared via electrochemical catalyst deposition. This approach is promising to reduce costs due to less expensive raw materials and due to increasing catalyst utilization by graded catalyst layers. Characterisation of the components and entire MEAs was performed ex-situ as well as in-situ via PEMWE operation.