12th IAEE European Energy Conference

Vorgetragen am 09.09.2012

Vom 09.-12. September 2012 fand die 12th IAEE European Energy Conference "Energy challenge and environmental sustainability" in Venedig statt. Die FfE e.V. war auf dieser Konferenz  mit folgendem Beitrag vertreten:


Development and Assessment of Different Algorithms for Dispatching a Virtual Power Plant

Presenter(s): Michael Steck


Überblick

Die Bündelung dezentraler Erzeugungsanlagen zu einem virtuellen Kraftwerk wird als ein wichtiger Baustein der zukünftigen Energieversorgungsstruktur angesehen. Die Regelung dieses Anlagenparks kann grundsätzlich mit den aus der Betriebsführung der Großkraftwerke bekannten Werkzeugen gelöst werden. Allerdings zeigt sich, dass das übliche Lösungsverfahren auf Basis der „Gemischt Ganzzahligen Linearen Programmierung“ (GGLP) den speziellen Anforderungen eines Virtuellen Kraftwerks nicht im geforderten Maß gerecht wird. Die Optimierungsaufgabe unterscheidet sich von herkömmlichen Einsatzplanungen im Wesentlichen durch die große Anlagenanzahl, die ähnlichen oder identischen technischen und wirtschaftlichen Parameter der dezentralen Anlagen sowie die Kraft-Wärme-Kopplung.

Die vorliegende Veröffentlichung behandelt die Entwicklung und die Bewertung alternativer Verfahren der vortägigen und untertätigen Einsatzplanung, die den Erfordernissen eines dezentralen Anlagenpools gerecht wird.  Die Inhalte wurden im Rahmen des Projekts „DEA – Verbund dezentraler Anlagen“ /STECK 2012/ und der Promotionsarbeit „Entwicklung und Bewertung von Algorithmen zur Einsatzplanerstellung virtueller Kraftwerke“  von Michael Steck erarbeitet.

Methode

Zur Untersuchung verschiedener Lösungsverfahren für die Einsatzplanung virtueller Kraftwerke wird eine Simulationsumgebung verwendet, welche die Kopplung der Erzeugungsanlagen an die lokale thermische Last und deren Prognose unterstützt. Neben einer Vortagsplanung wird eine untertägige, rollierende Resttagsplanung durchgeführt, um auf die Prognoseabweichungen der dezentralen, thermischen Lasten ausgleichend reagieren zu können. /STECK 2011/

Um die Tauglichkeit verschiedener Verfahren zu untersuchen, werden drei Lösungsverfahren umgesetzt und deren Lösungen in verschiedenen Anlagenpools und Szenarien verglichen.
Als Referenz wird eine an der FfE programmierte Implementierung eines GGLP-Verfahrens verwendet. Dieses Planungsinstrument wurde in Anlehnung an /HINÜBER 2007/, /HENLE 2003/ und /DENTCHEVA et al. 2005/ entwickelt und ist kommerziell verfügbarer Planungssoftware ähnlich. Aussagen zur Qualität der Lösung und der Rechenzeit beziehen sich jedoch auf die FfE-Implementierung und sind nicht generell auf andere Umsetzungen des GGLP-Verfahren zu übertragen.

Neben diesem Referenzverfahren werden alternative Ansätze auf Basis einer linearen Programmierung oder heuristischer Verfahren entwickelt und bewertet. Dabei wird zwischen den Vermarktungsweisen „wärmegeführter Betrieb“ und „Stromhandel“ sowie zwischen den Planungshorizonten „Vortagsplanung“ und „Resttagsplanung“ differenziert.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Lösungsverfahren sind die auf Prognosewerten basierenden Anlagenfahrpläne sowie die untertägig korrigierten Fahrpläne, die erstellt werden, um auf Prognoseabweichungen zu reagieren. Als Kriterien werden die Charakteristik der Betriebsführung, die erzielten Gewinne aus der Strom- und Wärmevermarktung sowie die Rechenzeit untersucht. Es zeigt sich, dass kein Verfahren die anderen in allen Kriterien übertrifft.

Das MIPR weist die höchste Lösungsgüte auf und erzielt damit die besten Vermarktungsergebnisse. Als Nachteile sind allerdings die hohe Rechenzeit und der unstetige Anlagenbetrieb zu nennen. Der unstete Anlagenbetrieb kann durch die Einführung weitere Nebenbedingungen wie Mindeststillstandszeiten, Mindestbetriebszeiten, Startkosten und Kosten für Laständerungen reduziert werden. Ohne diese Einschränkungen stellen sich aber besonders in der Übergangszeit viele Start- und Stoppvorgänge ein. Die Rechenzeit nimmt deutlich zu, wenn mehrere Anlagen mit ähnlichen Betriebskosten zur Verfügung stehen und damit für die Simulation ein flacher Lösungsbaum erzeugt wird.

Die Untersuchung einer rein heuristischen Umsetzung hat in der gewählten Implementierung kürzere und von der Charakteristik des Anlagenparks und der Vermarktungspreise weitgehend unabhängige Rechenzeiten gezeigt. Der Anlagenbetrieb ist ohne die Verwendung weiterer Nebenbedingungen konstant. Allerdings sind die erzielten Vermarktungserlöse geringer als im Referenzverfahren MIPR. Dieser Punkt wiegt bei einem virtuellen Kraftwerk schwer, das sich aufgrund der Zusatzerlöse durch den Day-ahead-Stromhandel oder die Regelleistungsvermarktung rentiert.
Das dritte Verfahren stellt eine Kombination des heuristischen und des LP-Ansatzes dar. Der stetige Anlagenbetrieb sowie die kurzen Rechenzeiten des LP-Verfahrens, das die Definition von ganzzahligen Variablen durch die Anwendung heuristischer Regeln umgeht, sind ein Vorteil dieses Verfahrens. Die Vermarktungserlöse erreichen in der Vortagsplanung nicht das Niveau des MIPR, untertägig werden aber zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Fazit

Die Einsatzplanung eines virtuellen Kraftwerks stellt besondere Anforderungen an das Lösungsverfahren. Das für Großkraftwerke etablierte Verfahren auf Basis GGLP eignet sich nur bedingt, da eine große Anzahl von Einzelanlagen mit ähnlichen Erzeugungskosten den Rechenaufwand deutlich erhöht und somit die Praxistauglichkeit verloren geht. Alternative Verfahren sind schneller, erreichen aber nicht die vollen Vermarktungserlöse. Vielversprechend ist das entwickelte linear-heuristische Verfahren, deren Lösungsgüte in weiteren Arbeiten noch gesteigert werden könnte.

Literatur

/Steck 2011/
Simulation to Quantify the Revenues of Linked CHP-devices Providing Balance Power Under Realistic Conditions. SuperGEN HiDEF Conference "MicrogenII", 4-6th April 2011 at the University of Strathclyde, Glasgow

/Steck 2012/
DEA: Verbund dezentraler Erzeugungsanlagen - Projekt im Verbund "Eneff:Stadt - Chancen und Risiken von KWK im politischen Umfeld". München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE), 2012

/Hinüber 2007/
Untertägliche Optimierung des Kraftwerksbetriebs an Märkten für Fahrplanenergie und Reserve in: ABEV Aachener Beiträge zur Energieversorgung. Aachen: Klinkenberg Verlag, 2007

/Henle 2003/
Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung im Kraftwerksverbund. München: Technische Universität München, Lehrstuhl für Thermische Kraftanlagen, 2003

/Dentcheva et al. 2005/
Dentcheva, D.; Möller, A.; Reeh, P.; Römisch, W.; Schultz, R.; Schwarzbach, G.; Thomas, J.: Optimale Blockauswahl bei der Kraftwerkseinsatzplanung. Berlin: Humboldt Universität zu Berlin, Institut für Mathematik, 2005

 

Auf der Konferenz wurden drei weitere Veröffentlichungen der FfE GmbH vorgestellt....

Anhänge:
Diese Datei herunterladen (MSteck_IAEE-Venice_abstract.pdf)Abstract30 kB
Diese Datei herunterladen (MSteck_IAEE-Venice_paper.pdf)Paper1251 kB
Diese Datei herunterladen (MSteck_IAEE-Venice_presentation.pdf)Presentation1246 kB
Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten verwenden wir Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie der Verwendung von Cookies zu.
Weitere Informationen zu Cookies erhalten Sie in unserer Datenschutzerklärung.
Einverstanden