ISAaR - Integriertes Simulationsmodell zur Anlageneinsatz- und Ausbauplanung mit Regionalisierung

Zuletzt aktualisiert am 11.12.2017

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Das Modell „ISAaR“ ist ein Energiesystemmodell, das unter Verwendung der linearen Optimierung eine mathematische Beschreibung des Energiesystems formuliert. Es umfasst die Sektoren Strom, Wärme und Gas sowie alle in diesen Sektoren relevanten Erzeuger, Speicher und Verbraucher. Zudem wird die regionale Kopplung des Elektrizitätssektors durch die Abbildung des europäischen Übertragungsnetzes berücksichtigt.

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Abbildung 1:         Energiesystemelemente und deren Kopplung in ISAaR

 

Als Optimierungsziel können z. B. die Systemgesamtkosten, Emissionen oder auch die Netzauslastung angesetzt werden. Sowohl die Einsatzplanung bestehender Anlagen, als auch eine Ausbauplanung für zukünftige Bestandteile wie z. B. Stromspeicher, kann mit ISAaR simuliert werden. Für die Berechnung zukünftiger Jahre wird eine Prognose bezüglich der Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Entwicklung der elektrischen und thermischen Last oder ein Ausbaukorridor für die Erneuerbaren Energien, als Szenario vorgegeben. Darauf aufbauend wird die optimale Zusammensetzung und der Einsatz des Anlagenparks, bestehend aus Erzeugern, flexiblen Verbrauchern und Speichern, ermittelt. Damit lassen sich unterschiedlichste strategische Fragestellungen der Energiewirtschaft beantworten:

  • Wie entwickeln sich die Volllaststunden verschiedener Anlagentypen in Zukunft?
  • Welcher Strompreis wird zu erwarten sein?
  • Welche Rolle spielen Speicher und die Sektorkopplung?
  • Wie entwickeln sich die Emissionen?
  • Inwieweit beeinflusst der Netzausbau die Erlösmöglichkeiten der Marktteilnehmer?
  • Wie verändert sich die Exportposition Deutschlands im europäischen Verbund?

 

Eingangsdaten

Zur Beantwortung dieser und vieler weiterer Fragestellungen ist es von hoher Relevanz, dass die Qualität der verwendeten Eingangsdaten den modellbedingten Anforderungen entspricht. Hierzu zählen beispielsweise eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung. Durch die Integration des FfE-Regionenmodells (FREM ) können zum einen diese Anforderungen erfüllt werden und zum anderen wird eine hohe Flexibilität hinsichtlich der dynamischen Bildung unterschiedlicher Berechnungsszenarien gewährleistet.

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Abbildung 2:         FREM: Das FfE-Regionenmodell mit einer Darstellung des FfE‑Höchstspannungsnetzmodells

Neben der Bereitstellung von Eingangsdaten für die ISAaR-Berechnungen bildet das FREM u. a. die Grundlage für die Regionalisierung der Erneuerbaren Energien für den Szenariorahmen des Netzentwicklungsplans.

 

Methodik

Als mathematische Basis wird die lineare Programmierung angewandt. Je nach Untersuchungsschwerpunkt kann die räumliche Auflösung sowie der Zeithorizont und das betrachtete Gebiet angepasst werden. Insbesondere für Ausbauplanungen sind Jahressimulationen in stündlicher Auflösung relevant. Hinzu kommt eine detaillierte Modellierung des Kraftwerks- und Speicherverhaltens.

Mit ISAaR können darüber hinaus Netzsimulationen, CO2-Emissions-Prognosen, Simulationen der Sektorkopplung und Strompreisberechnungen durchgeführt werden. Diese Rahmendaten erfordern jedoch einen umfangreichen Rechenaufwand, dem an der FfE durch die Verwendung von Hochleistungsservern Rechnung getragen wird.

 

Technische Umsetzung

 

Abbildung 3: Technische Umsetzung des Modells "ISAaR"

 

Oberfläche

Zur Steigerung der Nutzerfreundlichkeit steht eine sogenannte GUI „Graphical User Interface“ sowohl zur Zusammenstellung von Berechnungsläufen, als auch zur Auswertung der Berechnungsergebnisse zur Verfügung. Die Zusammenstellung der Eingangsszenarien geschieht modular und ist daher um Regionen, Technologien und Sektoren erweiterbar.

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Abbildung 4: GUI zur Szenarienauswahl in ISAaR

Die Oberfläche zur Auswertung ist je nach Problemstellung anpassbar und visualisiert verschiedenste Parameter der Berechnungsergebnisse in interaktiver Form. Damit kann ein tieferes Verständnis für die Zusammenhänge des modellierten Energiesystems gewonnen werden.

 

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Abbildung 5: Visualisierungsoberfläche zur Darstellung der Berechnungsergebnisse

Dokumentationen zu den Details der Modellierung und den generierten Ergebnissen sind hier zu finden:

Das ISAaR-Modell wurde über Jahre im Kontext von FfE-Projekten, wie z. B. MOS, MONA und Dynamis entwickelt. Aufgrund der flexiblen Szenarienbildung können tagesaktuelle energiewirtschaftliche Entwicklungen berücksichtigt und deren Systemauswirkungen quantifiziert werden.

 

Weitere Informationen: