Innovative Technologien und Werkzeuge zur Bestimmung und Verbesserung der Flexibilität zukünftiger Energiesysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Rehtanz
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405813701

In elektrischen Energiesystemen ist die betriebliche Flexibilität entscheidend für den Ausgleich von kurz- und langfristigen Unterschieden zwischen Last und nicht steuerbarer Erzeugung und spielt eine entscheidende Rolle für die Sicherheit, die Kosten und die Effizienz einer intelligenten und modernen Stromversorgung. Aufgrund des steigenden Anteils Erneuerbarer Energien wird die Nachfrage nach Flexibilität in den kommenden Jahren drastisch zunehmen. Gleichzeitig führt der Abbau konventioneller Kraftwerke zu einem Wegfall der heutigen Anbieter von Flexibilität, wodurch neue Formen der Flexibilitätserbringung erforderlich werden. Eine Lösung für dieses Problem stell das sog. „demand-side management“ dar, welches den optimierten Betrieb dezentraler technischer Einheiten (z. B. Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen oder BHKWs) umfasst. Diese Form der Flexibilität weist eine hohe Effizienz auf, erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand in der Modellierung. In der aktuellen Forschungspraxis existiert hinsichtlich dezentraler Flexibilität jedoch eine starke Ambiguität: Aus der Perspektive eines Übertragungssystems werden verteilte Flexibilitätsoptionen meist mit einem hohen Abstraktionsgrad modelliert und Einflüsse auf die Verteilnetze dabei vernachlässigt. Im Gegensatz dazu wird Flexibilität für Verteilnetze sehr detailliert modelliert, wohingegen der Einfluss auf das Gesamtsystem vernachlässigt wird. Darüber hinaus kann dieselbe Flexibilität meist nur für eine Anwendung genutzt werden, aber nicht für beide gleichzeitig. Eine detaillierte, ebenenübergreifende Modellierung ist aufgrund der Komplexität des Problems aktuell nicht möglich. Um dem zu entgegnen wird in diesem Projekt ein einheitlicher Modellierungsansatz für dezentrale Flexibilität entwickelt. Während aktuelle Ansätze kein gemeinsames Verständnis der Flexibilität in den verschiedenen Ebene des Stromsystems aufweisen, werden die Antragsteller ein Simulationsmodell entwickeln, der die ebenenübergreifende Quantifizierung von Flexibilität erlaubt. Bei diesem Ansatz werden detaillierte technische Optimierungsmodelle für den Versand dezentraler Flexibilität implementiert und in einem ersten Schritt durch eine umfangreiche stochastische Simulation erweitert. Das systematische Verhalten dieses Modells wird in einem zweiten Schritt durch Methoden der künstlichen Intelligenz analysiert, erlernt und schließlich reproduziert. Das daraus resultierende Modell dezentraler Flexibilität ermöglicht anschließend eine wesentlich genauere Quantifizierung der Flexibilität von Energiesystemen und erlaubt neuartige Analysen der Wechselwirkungen zwischen Verteil- und Übertragungsnetz. In der Praxis werden solche Ansätze für eine effiziente Planung der europäischen und russischen Stromnetze von entscheidender Bedeutung sein. Die verbesserten Erkenntnisse des Potenzials dezentraler Flexibilität erlauben einen sichereren Netzbetrieb und eine effizientere Planung von Stromnetzen, Kraftwerkskapazität und Energiemärkten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Nikolai Voropai