Im Rahmen der Diplomarbeit wird analysiert, wie optimierende Modelle zur Energiesystemplanung mit Modellen zur Lastflussberechnung gekoppelt werden können. Die Notwendigkeit für diese Abbildung ergibt sich aus den zu erwartenden Netzengpässen innerhalb Deutschlands, bedingt durch einen starken Zubau von Windenergie-Kapazitäten vor allem im Norden von Deutschlands, sowie durch ein Nord-Südgefälle bei der Neuinstallation von konventionellen Kraftwerken in Kombination mit einem unzureichenden Netzausbau bis zum Jahr 2020.
In optimierenden Energiesystemmodellen werden Elektrizitätsnetze bislang nur stark vereinfacht abgebildet. Die aufgezeigten Probleme machen eine Berücksichtigung von detaillierten Informationen zu Elektrizitätsnetzen in Optimiermodellen notwendig. Es zeigt sich, dass eine Integration von DC-Lastflussrestriktionen, die Verwendung von Power Transfer Distribution Factors, als auch eine Kopplung mit einer vollständigen AC-Lastflussrechnung möglich sind. Die verschiedenen Konzepte werden vergleichend einander gegenüber gestellt und bewertet.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Problemstellung
- 1.2. Zielstellung
- 1.3. Aufbau der Arbeit
- 2. Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen
- 2.1. Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit
- 2.2. Entwicklung der Erzeugungs- und Verbrauchsstruktur in Deutschland
- 2.2.1. Erneuerbare Energien
- 2.2.2. Der konventionelle Kraftwerkspark
- 2.2.3. Die Laststruktur
- 2.3. Konsequenzen
- 3. Das Spot Pricing
- 4. Die Modellierung von Energieübertragungsnetzen
- 4.1. Aufbau und Eigenschaften von Energieübertragungsnetzen
- 4.2. Elektrotechnische Grundlagen der Leistungsflussberechnung
- 4.2.1. Ursache und Darstellung von Wechselspannungen
- 4.2.2. Wirk- und Blindleistungen im Wechselstromsystem
- 4.2.3. Der Blindleistungsbedarf von Netzbetriebsmitteln
- 4.2.4. Blindleistungsbereitstellung (Kompensationsmittel)
- 4.3. Planung und Abbildung von Energieübertragungsnetzen mit Modellen
- 4.3.1. Alternating Current-Modelle (AC-Modell)
- 4.3.2. Direct Current-Modelle (DC-Modelle)
- 4.3.3. Erweiterte Direct Current-Modelle
- 4.3.4. Vergleich und Anwendung von DC- und AC-Modellen
- 5. Energiesystemmodelle und Netzabbildungen
- 5.1. Optimierende Energiesystemmodelle
- 5.2. Modellierung von Leistungsflüssen in Energiesystemmodellen
- 5.3. Technische und ökonomische Implikationen der Modellierung
- 6. Kapazitätsbestimmung mit NTC und PTDF
- 6.1. Die Bestimmung von Net Transfer Capacities
- 6.2. Die Bestimmung von Power Transfer Distribution Factors
- 6.3. Vergleich von NTC und PTDF
- 7. Modellkonzepte für verbesserte Netzabbildungen in PERSEUS
- 7.1. Vorgehensweise
- 7.2. Die geografisch detaillierte Abbildung der Netzstrukturen
- 7.3. Der PTDF-Ansatz
- 7.4. Integration von DC-Lastfluss-Restriktionen
- 7.5. Kopplung eines Energiesystemmodells mit einem Lastflussmodell
- 7.6. Vergleich der Ansätze
- 7.7. Aktuelle Ansätze anderer Forschungseinrichtungen
- 8. Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Kopplung von Optimierungsmodellen für die Energiesystemplanung und Modellen zur Lastflussberechnung. Ziel ist es, detaillierte Informationen über Elektrizitätsnetze in Optimierungsmodelle zu integrieren, um die Modellierung realistischer zu gestalten und so zu einer verbesserten Entscheidungsfindung im Energiesektor beizutragen.
- Die Modellierung von Elektrizitätsnetzen in Energiesystemmodellen
- Die Integration detaillierter Netzinformationen in Optimierungsmodelle
- Die Analyse verschiedener Ansätze zur Berücksichtigung von DC-Modellen
- Die Entwicklung einer Modellkopplung zur Integration von Lastflussberechnungen
- Der Vergleich verschiedener Modellkonzepte und die Auswahl eines geeigneten Ansatzes
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Problemstellung und die Zielsetzung der Arbeit erläutert. Anschließend werden die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen in Deutschland beleuchtet, einschließlich der Entwicklung der Erzeugungs- und Verbrauchsstruktur sowie der Herausforderungen durch die Integration erneuerbarer Energien. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Modellierung von Energieübertragungsnetzen, wobei sowohl AC-Modelle als auch DC-Modelle sowie deren Einsatzgebiete detailliert erläutert werden. Kapitel 5 beleuchtet die Integration von Netzabbildungen in Energiesystemmodelle und die damit verbundenen technischen und ökonomischen Implikationen. Das Kapitel 6 erklärt die Kapazitätsbestimmung mit Hilfe von Net Transfer Capacities (NTC) und Power Transfer Distribution Factors (PTDF) und stellt beide Methoden gegenüber. Kapitel 7 schließlich präsentiert verschiedene Modellkonzepte für verbesserte Netzabbildungen in PERSEUS, darunter die geografisch detaillierte Abbildung von Netzstrukturen, der PTDF-Ansatz, die Integration von DC-Lastfluss-Restriktionen und die Kopplung eines Energiesystemmodells mit einem Lastflussmodell. Die verschiedenen Ansätze werden miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Stärken und Schwächen bewertet.
Schlüsselwörter
Energiesystemmodellierung, Lastflussberechnung, Elektrizitätsnetze, Optimierung, DC-Modelle, AC-Modelle, Net Transfer Capacities (NTC), Power Transfer Distribution Factors (PTDF), PERSEUS.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing Marco Groschke (Autor:in), 2008, Zur Kopplung eines Energiesystemmodells mit einem Modell zur Lastflussanalyse, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/93770
