Für die zukünftige Energieversorgung die sowohl umweltverträglich als auch volkswirtschaftlich
effizient sein soll gelten gekoppelte Energiesysteme als Lösungsansatz. Dabei verbinden
primäre Kopplungstechnologien die Netze der Energieträger Strom Gas und Wärme miteinander. Ein
solches gekoppeltes Energiesystem muss nicht nur Anforderungen hinsichtlich der
Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit erfüllen sondern auch eine hohe
Versorgungssicherheit aufweisen. Nur so kann eine gesellschaftliche Akzeptanz der Energiewende
gewährleistet werden. Gekoppelte Energiesysteme müssen also einer Analyse unterzogen werden
bevor existierende Energiesysteme zu gekoppelten Energiesystemen transformiert werden können.
Bei der Analyse gekoppelter Energiesysteme überwiegt bisher die Beschreibung in Form von
Optimierungsproblemen für den stationären Betrieb. Diese erlauben eine gute Abbildung und
Optimierung der Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit. Zur Untersuchung der
Versorgungssicherheit und den damit verbundenen Themen der Resilienz und Stabilität werden aber
andere Modelle und Methoden benötigt. In diesem Kontext bietet sich die Modellierung und
Simulation dynamischer Vorgänge die sich nicht in Form eines Optimierungsproblems beschreiben
lassen an. Dazu werden passende dynamische Komponentenmodelle für gekoppelte Energiesysteme
sowie deren Regelungsmechanismen erstellt. Auch die Thematik einer Modellreduktion wird
berücksichtigt um eine numerisch effiziente Untersuchung zu ermöglichen. Die dynamische
Modellierung gekoppelter Energiesysteme erlaubt unter anderem Untersuchungen wie sich die
Stabilität des elektrischen Netzes durch die Transformation zu einem gekoppelten Energiesystem
ändert. Dabei stellt sich heraus dass vor allem die Spannungs- und Frequenzstabilität im
elektrischen Netz betroffen sind weil sich die für diese Stabilitätsformen relevanten
Zeitbereiche mit denen von Prozessen aus dem Gas- und Wärmesektor überschneiden. Diese
dynamischen Interaktionen können nicht nur die Stabilität über die Erhöhung der Flexibilität
die sich aus ausgleichenden Leistungsflüssen ergibt verbessern sondern auch in kritischen
Situationen durch unbeabsichtigte Vorgänge verschlechtern. Daher wird ein quantitatives Maß zur
Beurteilung der Resilienz in gekoppelten Energiesystemen entwickelt das neben der
Frequenzstabilität auch die Spannungsstabilität abbilden kann. Zusammen mit einem Verfahren zur
Untersuchung der Spannungsstabilität von beliebigen Netzen kann somit die Resilienz und
Stabilität gekoppelter Energiesysteme in Hinblick auf dynamische Interaktionen die im
Zusammenhang mit der Frequenz- und Spannungsstabilität stehen beurteilt werden. Die
Spannungsstabilität kann gewährleistet bzw. verbessert werden wenn Netzbetreiber
Spannungsinstabilitäten rechtzeitig detektieren und Gegenmaßnahmen wie beispielsweise eine
Laststeuerung einleiten. Also wird ein Verfahren zur Detektion von Spannungsinstabilitäten in
gekoppelten Energiesystemen vorgestellt. Die Frequenzstabilität kann verbessert werden indem
sich auch Sektorenkopplungsanlagen an der Regelleistungsbereitstellung beteiligen. Die
durchgeführten Untersuchungen und vorgestellten Verbesserungsmaßnahmen bestätigen dass die
dynamische Simulation das adäquate Vorgehen bei der Analyse gekoppelter Energiesysteme
darstellt um Szenarien für zukünftige Energiesysteme auf ihre Eignung hin zu überprüfen.
