SINERGIEN

Den Bau von Smart Grids beschleunigen

Projektstatus
Begonnen

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens SINERGIEN ist, eine Simulationsumgebung für zukünftige intelligente Stromversorgungssysteme auf der Verteilnetzebene zu schaffen. Die Entwickler orientieren sich dabei am Schichtenmodell des Smart Grid Architecture Models (SGAM). Dieses Modell hat Siemens im Jahr 2012 als offenen Standard vorgestellt um dabei zu helfen, Smart Grids abzubilden. Derzeit nutzen es auch die CEN-CENELEC-ETSI-Standardisierungsgremien als Referenzmodell. Die Entwickler von SINERGIEN wollen bereits existierende Werkzeuge zur Modellierung und Simulation der Energienetze, Energiemärkte und Kommunikationssysteme über eine gemeinsame Schnittstelle verknüpfen. Mit der daraus entstehenden, integrierten Simulationsplattform sollen viele ökonomische und technische Fragen zu Ausbau, Umbau und Betrieb von Smart Grids beantwortet werden.

Die zurzeit verfügbaren Simulatoren für Stromnetze erlauben zum Beispiel die isolierte Untersuchung einzelner Aspekte einer Netzplanung oder Netzbetriebsführung. Sie berücksichtigen dabei aber nicht die von benachbarten oder über- beziehungsweise untergeordneten Kontexten gesetzten Randbedingungen wie Marktregeln oder Restriktionen in den Kommunikationssystemen. Mit der integralen Sicht von SINERGIEN wird es nun besser möglich, technische und ökonomische Risiken und Chancen frühzeitig zu erkennen. Die gewonnene Transparenz soll Investitionshemmnisse reduzieren und letztendlich den Umbau zu Smart Grids wesentlich vereinfachen und beschleunigen.

Elemente der SINERGIEN-Systemstruktur
Abbildung 1: Elemente der SINERGIEN-Systemstruktur. BILD: Verbund SINERGIEN

Die Abbildung 1 zeigt die prinzipielle Struktur des SINERGIEN-Systems. Das Zusammenspiel mehrerer Simulationstools und damit der Datenaustausch über das Co-Simulationsinterface werden von der Integrationsplattform BoFiT der ProCom GmbH mittels dort implementierter Workflows gesteuert. Weiterhin sollen hier auch die Ergebnisse als Rohdaten abgelegt und soweit möglich verdichtet und präsentiert werden.

Beispiel eines Anwendungsfalls: Ermittlung der effizientesten Netzausbauvariante
Abbildung 2: Beispiel eines Anwendungsfalls: Ermittlung der effizientesten Netzausbauvariante. | Bild: Verbund SINERGIEN

Einen konkreten Anwendungsfall zeigt Abbildung 2: Verschiedene Varianten eines beabsichtigten Netzausbaus werden zum Beispiel unter den Aspekten

• physische Topologie der jeweiligen Ausbauvariante und ihre technischen Restriktionen
• Muster von möglichen geänderten Verbraucherverhalten
• zukünftige Kommunikationssysteme und -protokolle im ausgebauten Netz

unter paralleler Kooperation mehrerer Tools simuliert. Die entstehenden Einzelergebnisse werden bewertet und bilden die abgesicherte Grundlage für die Variantenauswahl, das heißt sie entscheiden damit über die „richtige“ Investition.

Ein weiteres Beispiel wäre die Untersuchung von Auswirkungen einer wachsenden Ausrüstung eines Verteilnetzes mit Stromspeichern.

Die Meilensteine des Projekts im Überblick

• Die Anforderungsanalyse ist abgeschlossen.
• Die Kommunikations-Modellierungen sind abgeschlossen.
• Die Energienetz-Modellierungen sind abgeschlossen. 
• Die Markt-Modellierungen sind abgeschlossen.
• Die Implementierungen für Energienetz-, Markt- und Kommunikationsmodelle sind abgeschlossen. 
• Die Plausibilisierungen der Modellansätze und der Rechenkernanbindung waren erfolgreich.
• Die finale Version einer Fallstudie liegt vor

Die Aufgaben der Verbundpartner im Detail

An dem Projekt arbeiten drei Institute beziehungsweise Lehrstühle der RWTH Aachen mit. Das Aufgabengebiet des Instituts für Automation of Complex Power Systems (ACS) ist die Erarbeitung der Simulationsumgebung in Bezug auf die Auslegung der elektrischen Netze. Die Einbindung der Modellierung der Netzdynamiken in das Gesamtsystem unter Berücksichtigung von Unsicherheiten sowie den Wechselwirkungen mit den umgebenden Infrastrukturen und Mechanismen soll von ACS realisiert und validiert werden.

Das ebenfalls zur RWTH Aachen gehörige Institut für Future Energy Consumer Needs and Behavior (FCN) wird mögliche zukünftige Märkte analysieren und ein Marktdesign zur Integration in die Simulationsplattform entwickeln. Die Resultate können z.B. zur Aufdeckung und quantitativen Abschätzung von Erlösmöglichkeiten genutzt werden. Das übergeordnete Ziel des FCN ist, ein umfassendes Konzept zur fairen Vergütung für die grundsätzlichen Dienstleistungen im Rahmen verschiedener Varianten eines zukünftigen Energiesystems zu entwickeln. Mit der parallel entstehenden Simulationsplattform können z.B. dann die Auswirkungen von Preisannahmen systematisch untersucht werden.
Der Lehrstuhl für Theoretische Informationstechnik (TI) erarbeitet eine  Simulationsumgebung für eine dezentrale Energieverteilung im Hinblick auf die Auslegung der Kommunikationsnetze und deren Zusammenwirken mit den Energienetzen. Die Einbindung von Kommunikationsunsicherheiten und technologieunabhängigen Wechselwirkungen mit den Energienetzen soll basierend auf dem Smart Grid Architecture Model realisiert und validiert werden.

Da das Konzept der Integrationsplattform BoFiT die Einbindung zusätzlicher Verfahren grundsätzlich unterstützt, wird die ProCom GmbH die vorhandenen Modellierungsmethoden der Partner in einer einheitlichen „Modellsprache“ so in BoFiT abbilden, dass alle Modellaspekte gemeinsam genutzt und gepflegt werden können. Weiterhin hat ProCom die Aufgabe, die Simulationsszenarien auf der Basis realer Verteilnetz-Betriebsdaten zu entwickeln die damit gewonnenen Ergebnisse zu verifizieren und zu validieren.

Die Verteilnetzbetreiber Westnetz GmbH und regionetz GmbH vermitteln Fachwissen  und Anwendungsbeispiele aus der operativen Praxis und stellen reale anonymisierte Datensätze als Input zur Erzeugung aussagekräftiger Simulationsergebnisse zur Verfügung.

Projektlaufzeit

05/2015 – 04/2018

Kontakt

Dr. Olaf Syben
Verbundkoordinator
ProCom GmbH
Luisenstr. 41
52070 Aachen
+49 241 51804-147
+49 241 51804-30

SGAM

Das Smart Grid Architecture Model (SGAM) ist eine von der CEN-CENELEC-ETSI Smart Grid Coordination Group entwickelte Referenzstruktur. Weitere Infos dazu gibt es hier als PDF-Download

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

Wer bestimmt wann und wo eine Leitung in Deutschland gebaut wird? Der Netzausbau ist streng geregelt. Hier gibt es einen Überblick über das Verfahren.

MEHR

Die erzeugte Energie muss in einem Netz immer gleich der verbrauchten Energie sein. Das zu gewährleisten ist Aufgabe der Systemdienstleistungen.

MEHR

Virtuelle Kraftwerke, aktive Verteilnetze, intelligente Zähler und adaptive Schutzsysteme. Hier gibt es Informationen zu den wichtigsten Punkten eines Smart Grid.

MEHR

Was bedeutet Gleich-, was bedeutet Wechselstrom? Wo sind die Unterschiede, was sind die Vor- und Nachteile?

MEHR

Wie ist unser Stromnetz aufgebaut? Was für Netzformen gibt es? Was bedeuten Versorgungssicherheit und -qualität?

MEHR