FLOW

Die Energiewende verändert das europäische Stromsystem grundlegend. Der Ausbau von Wind- und Solarenergie führt zu stärkeren Schwankungen im Stromangebot, wodurch sehr niedrige oder sehr hohe Strompreise häufiger auftreten als früher. Flexible Energiequellen werden daher immer wichtiger, um Angebot und Nachfrage im Stromsystem jederzeit im Gleichgewicht zu halten. Wasserkraftanlagen verfügen über große Flexibilität und Speicherfähigkeit. In der Praxis orientiert sich ihr Betrieb jedoch häufig an der aktuellen Situation. Prognosen zu Wetter, Zuflüssen, Erneuerbaren Energien und Strommärkten fließen bislang nur begrenzt in die Entscheidungen ein. Bestehende Unsicherheiten werden daher im Betrieb nicht systematisch berücksichtigt, sodass wirtschaftliche Potenziale ungenutzt bleiben.

Planung und Betrieb über alle Zeithorizonte verbinden

Das Verbundprojekt FLOW entwickelt Planungs- und Regelungsansätze, die Wetter-, Zufluss-, Leistungs- und Marktprognosen in den Betrieb von Wasserkraftanlagen einbinden. Langfristig werden Entwicklungen von Energiesystemen und Strommärkten analysiert, um die künftige Rolle und Wirtschaftlichkeit der Wasserkraft einzuordnen und Investitionsentscheidungen zu unterstützen.

Im mittelfristigen Bereich wird die Integration saisonaler Klima- und Leistungsprognosen der erneuerbaren Energien für Zeiträume von Wochen bis Monaten in Marktsimulationsmodellen erprobt. Es wird untersucht, ob Preissignale und Speicherwerte die Einsatzplanung von Wasserkraftanlagen verbessern.

Für den kurzfristigen Betrieb entwickelt FLOW automatisierte Fahrpläne für 24 bis 48 Stunden, die Strompreise, erneuerbare Einspeisung sowie technische, ökologische und wasserwirtschaftliche Anforderungen berücksichtigen. 

Konkreter Nutzen für Praxis und Energiesystem

Darauf aufbauend werden neue Betriebsführungsansätze für integrierte Wasser- und Energiesysteme, die ökologische und ökonomische Randbedingungen berücksichtigen, entwickelt und in robuste Assistenzsysteme für Leitwarten überführt. Ergänzend wird am Beispiel einer Donaukaskade eine vollautomatische Wasserhaushaltsregelung entwickelt und auf der Leitwarte Gersthofen der LEW Wasserkraft implementiert, die die technischen, ökologischen und konzessionsrechtlichen Vorgaben berücksichtigt und die Stromerzeugung optimiert.

Die wichtigsten Beiträge des Fachgebietes e²n sind:

1. Wasserkraft in der Transformation des Energiesystems
   • Entwicklung vereinfachter, aber realistischer Wasserkraftmodelle für große Energiesystemmodelle
   • Anwendung der Bilevel-Optimierung zur verbesserten Abbildung des realen Betriebs- und Marktverhaltens aggregierter Wasserkraftmodelle
   • Analyse von Transformationspfaden des europäischen Energiesystems (z.B. bis 2030–2050) unter Berücksichtigung von Unsicherheiten wie Wetter, Zuflüssen, Kosten und Importabhängigkeiten
   • Bewertung des Beitrags der Wasserkraft zu CO₂-Minderung, Versorgungssicherheit, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu alternativen Flexibilitätsoptionen wie Batterie- und Wasserstoffspeichern
2. Nutzung saisonaler Klima- und Leistungsprognosen für Betrieb und Vermarktung von Wasserkraft
   • Untersuchung des Nutzens saisonaler Prognosen für Betrieb und Vermarktung von Wasserkraft
   • Entwicklung und Erprobung von Methoden zur Integration saisonaler Prognosen in Entscheidungs- und Strommarktmodelle
   • Implementierung der identifizierten und validierten Integrationsansätze für saisonale Prognoseinformationen in ein europäisches Strommarktmodell
   • Bewertung des wirtschaftlichen und systemischen Mehrwerts saisonaler Prognosen für Kraftwerkseinsatz, Strompreise und Erlöse der Wasserkraft über unterschiedliche Szenariokonstellationen hinweg