ISAaR - Integriertes Simulationsmodell zur Anlageneinsatz- und Ausbauplanung mit Regionalisierung

Zuletzt aktualisiert am 19.09.2016

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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.

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Abbildung 3:         Beispielhafte Ergebnisse einer Kraftwerks- und Speichereinsatzplanung für sechs Wochen im Sommer 2030

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.

Das ISAaR-Modell wurde über Jahre im Kontext von FfE-Projekten, wie z. B. Merit Order der Energiespeicherung 2030 (MOS) und Merit Order Netz-Ausbau 2030 (MONA) entwickelt. Aufgrund der flexiblen Szenarienbildung können tagesaktuelle energiewirtschaftliche Entwicklungen berücksichtigt und deren Systemauswirkungen quantifiziert werden. Auch in zukünfigen Projekten, wie z. B. Dynamis und  C/sells, wird ISAaR zur Anwendung kommen und entsprechend der Projektanforderungen weiterentwickelt werden.

 

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