Abgeschlossene Projekte


SmartGridModels

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Nils Bornhorst

Förderung:

BMWi

Laufzeit:

01.05.2013 – 30.04.2017

Beschreibung

Die derzeitige Entwicklung in der Energieversorgung offenbart eine schnelle Zunahme regelbarer dezentraler Erzeugeranlagen (Photovoltaik-, Kraft-Wärme-Kopplungs-, Biogasanlagen etc.), Verbraucheranlagen (Waschmaschine, Klimaanlage, Wärmepumpe etc.), stationärer Speichersysteme und Elektrofahrzeuge. Diese Entwicklung führt zu einem signifikant andersartigen Systemverhalten, das zunächst verstanden werden muss, um dann Vorschläge für geeignete Verbesserungen der üblichen Regeln und Verfahren zu treffen.

Während dieses Vorhabens werden verschiedene Komponenten- und Netzmodelle für die dynamischen Analysen entwickelt und weiterentwickelt und in einer Netzsimulationsumgebung implementiert. Damit werden verschiedene Szenarien für zukünftige SmartGrids, also eines aktiven Netzbetriebs und strategischen Netzausbaus, unter Betrachtung realer Verteilnetzabschnitte eines Netzbetreibers entwickelt und untersucht. Daraus sollen wichtige Veränderungen für den Übergang vom derzeitigen passiven Verteilnetzbetrieb auf zukünftige SmartGrids identifiziert und Lösungsansätze entwickelt und bewertet werden.

 

SysDL 2.0

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Nils Bornhorst

Partner:

11 Partner

(Netzbetreiber, Forschungseinrichtungen, Industrie)

Förderung:

BMWi

Laufzeit:

01.10.2014 – 31.03.2018

Beschreibung

Für einen stabilen Netzbetrieb ist die Sicherstellung von Systemdienstleitungen (SDL), wie beispielsweise Spannungs- und Frequenzhaltung, essenziell. Vorprodukte zur Sicherstellung von SDL wurden bislang von konventionellen, an das Übertragungsnetz angeschlossenen Kraftwerken bereitgestellt, die jedoch im Zuge der Energiewende zunehmend durch erneuerbare, an Verteilnetze angeschlossene Erzeugungsanlagen ersetzt werden.

Dieses Vorhaben befasst sich daher mit der Fragestellung, wie sich SDL-Vorprodukte aus Verteilnetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Erzeugungsanlagen bereitstellen lassen. Dazu müssen die räumlich verteilten Erzeuger, Verbraucher, Speicher und Betriebsmittel mit Hilfe einer intelligenten Betriebsführung derart gesteuert werden, dass die SDL-Vorprodukte an den Anschlusspunkten zum Übertragungsnetz erbracht werden. Eine geeignete Betriebsführung soll zunächst entwickelt, dann in Simulationen evaluiert und schließlich im Rahmen eines Feldtests implementiert werden.

Das Ziel des Projektes „SysDL 2.0“ ist es mit einer kontrollierten Blindleistungsbereitstellung der dezentralen Erzeugungsanlagen zur Spannungsstabilität sowohl im Verteilnetz, als auch im Übertragungsnetz beizutragen.

 

Netz:Kraft

Ansprechpartner

Tina Paschedag

 

Partner:

20 Partner (Netzbetreiber,

Forschungseinrichtungen, Industrie)

Förderung:

Gefördert vom BMWi

im Rahmen der Initiative „Zukunftsfähige Stromnetze“

Laufzeit:

01.01.2015 – 30.06.2018

 

Beschreibung

Der Netzwiederaufbau (NWA) stellt eine seltene Extremsituation im elektrischen Versor-gungssystem dar. Er ist eine Systemdienstleistung, die von den systemverantwortlichen Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) erbracht bzw. von diesen koordiniert wird. Die ÜNB sind in diesem Zusammenhang insbesondere auf die (Netz-)Inselbetriebsfähigkeit von Erzeugungseinheiten (>= 100 MW am Übertragungsnetz) und die Systemdienstleistung "Schwarzstartfähigkeit" angewiesen, die heute ausschließlich von thermischen oder hydraulischen Kraftwerken erbracht wird. Die Anzahl der verfügbaren Kraftwerksleistung ist jedoch rückläufig. Im Projekt Netz:Kraft werden Konzepte, Verfahren und Technologien entwickelt, mit denen Erneuerbarer-Energie-Anlagen (EEA) und intelligente Netzkomponenten zu aktiven Funktionsträgern beim NWA werden können.

Im Netz:Kraft-Konsortium sind Netzbetreiber, Hersteller und Forschung sind vertreten. Die Netzbetreiber werden Ergebnisse in laufenden Planungen berücksichtigen und bei der Überarbeitung von Konzepten anwenden. Die Hersteller und Dienstleister werden die Anforderungen an Komponenten und Verfahren bei der Produktentwicklung berücksichtigen. Die Forschungseinrichtungen werden ihre Erkenntnisse in der Beratung und Weiterführung langfristiger Forschung verwerten.

Die Universität Kassel betrachtet im Projekt Netz:Kraft zwei Schwerpunkte: zum einen die Entwicklung und Optimierung von innovativen NWA-Strategien, welche die Verteilnetze in einen zukünftigen NWA auf Grund ihrer immer größeren Erzeugungsleistungen miteinbeziehen; zum anderen die simulative Betrachtung der zu untersuchenden Netzgebiete und –ebenen, mit derer die oben genannte Optimierung vorangetrieben sowie validiert werden können.

Abschlussbericht

 

Projekt: DREAM

Ansprechpartner

Elisabeth Drayer

Partner:

12 Partner aus 7 europäischen Ländern (Netzbetreiber,

Forschungseinrichtungen, Industrie)

Förderung:

Gefördert von der Europäischen Kommission im Rahmen

des FP 7- Programms (Grant Agreement 609359)

Laufzeit:

01.09.2013 – 31.12.2016

 

Internet:

www.dream-smartgrid.eu

 

Beschreibung

Das Projekt DREAM wird die Grundlage legen für ein neues heterarisches Betriebsführungskonzept für elektrische Verteilnetze. Dabei werden für eine stabile und kosteneffiziente Integration von dezentralen erneuerbaren Energien neue Mechanismen bereitgestellt, genauso wie eine verbesserte Integration der Verbraucher für einen ökonomischen und ökologischen Energieverbrauch.

Zur Anwendung kommt das Prinzip von autonomen Multi-Agenten-Systemen für die Überwachung und den Betrieb des elektrischen Verteilungsnetzes. Es wird dem System erlauben sich permanent an die aktuellen Betriebsbedingungen anzupassen und es robust gegenüber externen Störungen machen. Dies wiederum wird eine höhere Durchdringung von fluktuierenden Erzeugern wie PV und Wind im Verteilungsnetz erlauben und das Netz belastbarer gegenüber Fehler machen.

DREAM wird die ökonomische und technische Machbarkeit eines solchen neun Betriebsführungskonzeptes an Hand von mehreren Feldtests und Szenarien demonstrieren, während weitreichende Simulationen zur Beantwortung darüber hinausgehender Fragestellungen durchgeführt werden.

Gefördert von der Europäischen Kommission im Rahmen des FP 7- Programms (Grant Agreement 609359)

 

Projekt: OpSim

Ansprechpartner

Jan-Hendrik Menke

Partner:

Fraunhofer IWES

Förderung:

BMWi

Laufzeit:

01.08.2013 – 31.12.2017

Internet:

www.opsim.net

Beschreibung

Das Forschungsvorhaben „OpSim“ hat zum Ziel, eine Test- und Simulationsumgebung für Betriebs­führungen und Aggregatoren im Smart Grid mit sehr hohem Anteil erneuerbarer Energien zu entwickeln. Dazu gehören: virtuelle Kraftwerke, Verteilnetz-Betriebsführungen, Übertragungsnetz-Betriebsführungen sowie Betriebsführungen und Energiemanagementsysteme von dezentralen Erzeugungsanlagen auf Basis von erneuerbaren Energien, Speichern, Elektrofahrzeugen sowie Lasten auf allen Spannungsebenen des Verteilungsnetzes.

 

OpSimEval

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Nils Bornhorst

Partner:

Fraunhofer IEE

Förderung:

Gefördert vom BMWi

Laufzeit:

01.02.2015 – 31.01.2019

Webseite:

http://www.opsim.net

Beschreibung

In „OpSimEval“ sollen wesentliche Entwicklungs- und Implementierungsarbeiten an der Test- und Simulationsumgebung „OpSim“ durchgeführt werden, die eine Jahressimulationsfähigkeit und neuartige Netzplanungsansätze möglich machen. Die Jahressimulation aus „OpSimEval“ betrachtet das Netz und Betriebsführungen über lange Zeiträume. Dies ermöglicht eine realitätsnahe Abbildung saisonaler Schwankungen erneuerbarer Erzeuger und der Verbraucher. Dadurch können Betriebsführungsstrategien realitätsnah bewertet werden.

Die Verteilnetzplanung wird in Zukunft immer diffiziler. Es werden nicht nur zusätzliche Betriebsmittel installiert, sondern gegebenenfalls ändert sich dadurch zwischenzeitlich auch die optimale Betriebsführungsstrategie. Dies verlangt geradezu nach einer Verknüpfung zwischen Tools zur automatischen Netzplanung und einer Betriebsführungs-Jahressimulation und ist somit ein deutlicher Innovationspunkt. In dem zeitlichen Verlauf der Netzplanung (über mehrere Jahre) kann erstmalig eine Anpassung der Betriebsführung (und der damit verbundenen Kosten) berücksichtigt werden. Dies erlaubt dann eine erste integrierte Untersuchung zu neuartigen, automatisierten Netzplanungen, welche Betriebsführungen als Maßnahme einsetzen können.

 

ENSURE

Ansprechpartner

Dr. Lars-Peter Lauven

Förderung:

Gefördert vom BMWi

Laufzeit:

01.09.2016 – 31.08.2019

Beschreibung

Das Ziel des Kopernikus-Projekts ENSURE ist die Erforschung und Bereitstellung neuer Energienetzstrukturen für die Energiewende, um die bis zum Jahr 2050 angestrebten energiepolitischen Bestrebungen und Klimaschutzziele der Bundesregierung zu ermöglichen. Die neuen Rahmenbedingungen erforden tiefgreifende Anpassungen der elektrischen Energieversorgung und eine Kopplung verschiedener Energieträger und -sektoren (Strom, Gas, Wärme und Verkehr).
Hierfür wird eine umfassende Energiesystemoptimierung unter Berücksichtigung aller relevanten Energieträger und der dazugehörigen Infrastruktur vorgenommen. Ein Hauptziel ist die Erforschung der Ausgestaltung zentraler und dezentraler Energieversorgungsselemente im Gesamtsystem, um eine zuverlässige und sichere Energieversorgung unter technischen und sozoökonomischen Gesichtspunkten sowie Apsekten der Akzeptabilität gewährleisten zu können. Der Fokus liegt dabei auf der Erforschung neuartiger stabiler Systemführungskonzepte auf Basis innovativer Informations- und Kommunikationstechnologien sowie der Etablierung neuer Technologien zur Leistungsübertragung, Produktion, Beschaffung, Verteilung und Verarbeitung von Daten und Informationen.

 

SimBench

Ansprechpartner

Steffen Meinecke

Partner:

TU Dortmund, RWTH Aachen, Fraunhofer IEE

Förderung:

BMWi

Laufzeit:

01.11.2015 – 31.10.2018

Webseite:

www.simbench.de

Beschreibung

Das Ziel des Vorhabens „SimBench“ ist die Entwicklung eines Benchmark-Datensatzes für Lösungen im Bereich der Netzanalyse, Netzplanung und Netzbetriebsführung. Dieser soll die Entwicklung solcher Lösungen unabhängig von Netzbetreibern und/oder einzelnen Netzdatensätzen möglich machen und zugleich eine Vergleichbarkeit verschiedener Entwicklungen auf diesem Gebiet gewährleisten.

Inhaltlich sind die Hauptaufgaben die Definition von Anwendungsfällen, die Auswahl von Kriterien und Methoden zur Bewertung eines geeigneten Benchmark-Datensatzes, die Entwicklung einer umfassenden Methodik zur Erzeugung und die Generierung des Benchmark-Datensatzes.

Abschließend wird der Benchmark-Datensatz anhand verschiedener Entwicklungen evaluiert, Möglichkeiten und Grenzen analysiert und die Bekanntmachung des Benchmark-Datensatzes in der Fachwelt vorangetrieben.

Die Universität Kassel ist als Projektkoordinator für die Gesamtprojektleitung zuständig.

 

PrIME

Ansprechpartner

Marcel Ernst

 

Partner:

Fraunhofer IEE

Förderung:

Gefördert vom BMBF

im Rahmen der Initiative „Zukunftsfähige Stromnetze“

Laufzeit:

01.01.2015 – 31.12.2018

 

Beschreibung

Die in Deutschland angestrebte Reduktion der Treibhausgasemissionen durch starken Ausbau der erneuerbaren Energien und die damit einhergehende Zunahme der Komplexität stellt die Stromnetze in der Zukunft vor große Aufgaben.

Viele der Aufgabenstellungen beruhen dabei auf im Kern probabilistische Problemstellungen. Diese können häufig vereinfachend durch deterministische Betrachtungen - Mittelwert und ggf. Worst-Case - angenähert gelöst werden. In wichtigen Aufgabenstellungen muss für belastbare Aussagen aber der probabilistische Problemraum insgesamt untersucht werden. Eine solche Untersuchung des gesamten Problemraums geschieht typischerweise durch eine Monte-Carlo-Simulation. Dieses Verfahren ist aber sehr rechenzeit- und ressourcenaufwändig und bereits bei heutigen Aufgabenstellungen müssen vielfach Vereinfachungen getroffen werden, die die Belastbarkeit der Ergebnisse und insbesondere die Extrapolierbarkeit der Ergebnisse einschränken.

Ein typischer Anwendungsfall für solche probabilistische Aufgabenstellungen in der Energiesystemtechnik ist beispielsweise die Netzausbauplanung. Der weitere Umbau der Verteilnetze zu Smart Grids mit mehr volatilen Erzeugern, dezentralen Speichern und intelligenten aktiven Betriebsmitteln im elektrischen Versorgungsnetz führt zu einer zunehmenden Unsicherheit sowohl in der räumlichen Planung (Wo entstehen neue Anlagen?), der Menge (Wie viel neue Anlagen wird es geben?) als auch der zeitlichen Planung (Wie wird die Einspeise- und Nachfrage-Charakteristik der Anlagen im Hinblick auf zeitliche Gradienten, sowie Maximal- und Minimalwerte zukünftig aussehen?). Diese und ähnliche Unsicherheiten müssen jeweils durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen modelliert werden, wodurch alle potentiell vorkommenden Szenarien für den Ausbau erneuerbarer Energie entstehen.

In der Regel werden dabei aber viele dieser Berechnungen aufgrund gleicher oder doch sehr ähnlicher Eingangsdaten redundant sein. Daher sind neue, effiziente probabilistische Methoden notwendig, um den gesamten Lösungsraum für die Netzausbauplanung abbilden zu können. Daher sollen im Projekt PrIME Methoden für probabilistische Aufgabenstellungen in der Energiesystemtechnik betrachtet und grundlagenorientiert entwickelt werden. Die Methodenentwicklung soll sich exemplarisch an typischen probabilistischen Anwendungsfällen aus der Energiesystemtechnik orientieren, um eine hohe Praxisrelevanz für die Ergebnisse der grundlagenorientierten Forschung sicherzustellen. Solche Methoden bieten dann ein großes Anwendungspotenzial, sowohl in der Netzplanung als auch in der Netzbetriebsführung (bspw. Day-Ahead-Congestion-Forecast, DACF).

Als Teil eines Konsortiums bestehend aus Fraunhofer IEE, verschiedenen Arbeitsgruppen der Universität Kassel sowie einigen assozierten Netzbetreibern stellt das Fachgebiet e²n die Anwendbarkeit sowie Weiterentwicklung der möglichen Methoden sicher. Die entwickelten Methoden werden mit verschiedenen Netzberechnungsarten, wie z. B. Lastflussberechnungen und dynamische Echtzeitsimulationen (RMS, EMT), validiert, bewertet und optimiert. In diesem Zusammenhang können weitere Fragestellungen in der Netzplanung bzw. in der Netzbetriebsführung, wie beispielsweise die Bewertung der Investitionskosten oder die Bewertung der Betriebskosten, betrachtet und analysiert werden.

 

ANaPlan

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Leon Thurner

Förderung:

BMWi im Rahmen des Energieforschungsprogramms „Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“

Laufzeit:

01.01.2016 – 31.12.2018

Beschreibung

Aufgrund des Ausbaus dezentraler Anlagen zur Stromerzeugung nehmen die Netzebenen der Nieder- und Mittelspannung, die in der Vergangenheit nur zur Stromverteilung an die Endkunden ausgelegt waren, teilweise bereits jetzt schon erhebliche Einspeiseaufgaben wahr. In Verbindung mit neuen Möglichkeiten im Netzausbau, welche sich aus innovativen Betriebsmitteln wie z.B. regelbaren Ortsnetztransformatoren oder Smart Metern ergeben, wird die Planungsaufgabe für Verteilnetzbetreiber zunehmen komplex. Ziel des Vorhabens ANaPlan ist die Simulation einer ganzheitlichen Netzausbauplanung, welche neben den Investitions- und Betriebskosten (CAPEX & OPEX) auch die Altersstruktur des Netzes in Form von Asset-Daten berücksichtigt. Durch den automatisierten Ansatz kann die Netzentwicklung in verschiedenen Varianten automatisiert simuliert und analysiert werden. Im Ergebnis wird so eine vorausschauende Netzplanung erstellt, welche die Gesamtkosten für Netzausbau und Netzbetrieb minimiert. Darauf Aufbauend werden anhand realer Netzdaten die Investitionsanreize überprüft, welche durch den regulatorischen Rahmen gesetzt werden, indem die Ergebnisse der technisch-wirtschaftlichen Optimierung mit der Anreizregulierung abgeglichen werden. So sollen eventuelle Verzerrungen bei den Investitionsanreizen, wie z.B. eine Bevorzugung von kapitalintensiven Maßnahmen gegenüber intelligenten Lösungen, untersucht werden.