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ROSVS

Robuste Optimierung der Stromversorgungssysteme

Projektstatus
Erste Ergebnisse

Mit dem Umstieg auf eine Energieversorgung, die im Endausbau fast ausschließlich aus erneuerbaren Quellen gespeist werden soll, führen die ‚Unsicherheiten‘ dieser Quellen zu großen Herausforderungen. ‚Unsicherheit‘ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Output von erneuerbaren Energien von solchen Einflussgrößen geprägt wird, die sich außerordentlich schwer mit hinreichender Präzision prognostizieren lassen.

Wind, Sonnenstunden und Wärmebedarf weichen zum Teil erheblich von den Vorhersagen ab. Technische und marktwirtschaftliche Unwägbarkeiten wie Maschinenausfälle oder Preisvolatilitäten führen in Summe zu einer sehr komplexen Ausgangslage bei der täglichen Planung der Stromversorgung. Hinzu kommt, dass sich regenerative Energien oft aus einer Vielzahl geographisch weit verteilter Einzelanlagen verschiedener Typen von zum Teil geringer Leistung in einem sogenannten virtuellen Kraftwerk zusammensetzen und eines entsprechenden dezentralen Lastmanagements bedürfen.

Für eine zuverlässige Generierung von Fahrplänen, die den Strombedarf zum Beispiel des nächsten Tages möglichst genau abdecken sollen, werden bisher sogenannte deterministische Optimierungsverfahren verwendet. Diese sind aufgrund stabiler Prognosen und der Verfügbarkeit großer zentraler Kraftwerke in der Lage, das absolute Optimum eines ökonomischen Kraftwerkseinsatzes zu bestimmen. Aufgrund der geschilderten Lage ist dies schon in naher Zukunft nicht mehr möglich, weil schon kleine Änderungen einer der jetzt dominierenden unsicheren Einflussgrößen zu großen Prognosefehlern und damit zu stark unterschiedlichen Optimierungsergebnissen führen können. Dies trifft erst recht zu, wenn sich mehrere, unter Umständen sogar korrelierende Größen in einem breiten Band von unsicheren Werten befinden. Es gilt also, mathematische Verfahren zu finden, die trotz der aufgeführten Umstände in der Lage sind, hinreichend ‚robust‘ zu reagieren – das heißt bei einer Ausgangslage mit breit streuenden Werten ein optimales, stabiles Ergebnis liefern. Nach wie vor soll darüber hinaus das Angebot von Systemdienstleistungen wie Primär-, Sekundarregelleistung und Minutenreserve in der Optimierungsrechnung berücksichtigt werden. Das Finden, Implementieren und Erproben von leistungsfähigen mathematischen Verfahren, welche die genannten Anforderungen erfüllen und damit dem Betrieb einer sicheren und stabilen Stromversorgung dienen, ist das Ziel des hier betrachteten Forschungsvorhabens.

Erste Schritte

Zum Projektstart wurde das zur Verfügung stehende Optimierungstool BoFiT© der ProCom GmbH auf seine Eignung als Plattform für die Rechnung der ebenfalls ermittelten Anwendungsfälle präsentiert und qualifiziert. Die folgende Schema-Abbildung zeigt den Kontext der mit BoFiT modellierbaren energiewirtschaftlichen Objekte:

Schema eines Optimierungsmodells für ein energiewirtschaftliches Portfolio
Schema eines Optimierungsmodells für ein energiewirtschaftliches Portfolio
© BoFiT

Als erster Anwendungsfall wurde die Untersuchung eines KWK-BHKW im Verbund mit Wind- und Solareinspeisung gewählt, wobei der Strompreis, der Wärmebedarf und natürlich die Leistung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen als unsichere Größen einbezogen werden sollen. Weitere mögliche Anwendungsfälle sind die Minimierung der physikalischen Netzverluste, die Modellierung der Blindleistung in einem Verteilnetz und ein Modell zur Investment Planung - jeweils mit ihren kritischen unsicheren Einflüssen.

Vier Phasen zum Erfolg des Projekts

Phase A: Abgrenzung der Problemfelder 

Phase B: Fragestellungen mit nur einer Art von Unsicherheit (eindimensionale Probleme)

Phase C: Fragestellungen mit mehreren Arten von Unsicherheit (mehrdimensionale Probleme)

Phase D: Evaluierung der erzielten Ergebnisse mit Echtzeitdaten

Aktueller Status

Zurzeit befindet sich das Projekt in Phase C „Behandlung von Fragestellungen mit mehrdimensionalen Problemen“ und im Start der Phase D „Evaluierung“.

Die Verbundpartner und ihre Aufgaben

RWTH Aachen: Im Rahmen der Entwicklung innovativer Verfahren und Konzepte zur weiteren Nutzung des Potenzials des dezentralen Lastmanagements unter Einbezug von Systemdienstleistungen sollen von der RWTH Aachen neuartige robuste Optimierungsmodelle entwickelt werden. Dazu werden geeignete "uncertainty sets" für die unsicheren Größen definiert und das deterministische Optimierungsproblem entsprechend erweitert. Zentrale Fragen des Vorhabens sind dabei die korrekte statistische Beschreibung der Unsicherheit der betrachteten Größen und ihre mathematische Beschreibung im Optimierungsmodell sowie die Untersuchung korrelierter Unsicherheiten und deren Wirkung auf das Gesamtmodell.

ProCom GmbH: Durch die ProCom GmbH sollen prototypisch robuste Optimierungsverfahren für ausgewählte Anlagenparks und für das Lastmanagement entwickelt werden. In den Anlagenparks sollen vorwiegend Erzeugungsanlagen mit unsicheren Einflussgrößen betrachtet werden, darunter fallen unter anderem Kraft-Wärme gekoppelte Erzeugungsanlagen, Wind- und PV-Anlagen. Zur Validierung werden bei ausgewählten Kunden zu den bestehenden Produktivsystemen die entwickelten Verfahren in einem Testbetrieb eingesetzt.

Projektlaufzeit

10/2014 – 12/2016

Kontakt

Robert Kruppa
Senior Consultant
ProCom GmbH
Luisenstr. 41
52070 Aachen
+49(0)241-51804-185
+49(0)241-51804-30

Forschungsförderung

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

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