MONA 2030 – Basisdaten als Grundlage für die Bewertung von Netzoptimierenden Maßnahmen

Zuletzt aktualisiert am 25.09.2017

Welche Datengrundlage ist als Grundlage für einen ganzheitlichen Vergleich netzoptimierender Maßnahmen notwendig? Wie können diese Daten erhoben werden? Welche Modelle sind geeignet für eine valide Modellierung? Der MONA Basisdatenbericht beschreibt die für die Betrachtungen im Projekt MONA 2030 notwendigen Basisdaten, deren Herleitung sowie die notwendige Verarbeitung in speziell entwickelten Modellen.

 

Drei Modellumgebungen als Grundlage der quantifizierenden Bewertung Netzoptimierender Maßnahmen im Rahmen von MONA 2030

Zu diesem Zweck wurde insbesondere die Struktur des regionalisierten Energiesystemmodells FREM erweitert und Datenmaterial dafür akquiriert. Zudem wurden die Modellumgebungen des Verteilnetz-Simulationsprogrammes GridSim und des integrierten Simulationsmodells zur Anlageneinsatz- und -ausbauplanung mit Regionalisierung (ISAaR) erweitert und entsprechend der Anforderungen der aufgeworfenen Forschungsfragen angepasst. Dabei wurden insbesondere Schnittstellen der beiden Simulationsmodelle ISAaR und GridSIM zum FREM angelegt. Die Verknüpfung der beiden Modelle erfolgt über einzelne Datenreihen (vgl. Abbildung 1).

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Abbildung 1: Darstellung der drei im Projekt MONA 2030 zur Anwendung kommenden Modellumgebungen

 

Aggregation regionalisierter Energiesystemdaten im "FREM"

Im regionalisierten Energiesystemmodell FREM können umfangreiche Datensätze strukturiert gespeichert, analysiert sowie für die Modellierung aufbereitet werden. Die hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Daten dient der detaillierten Beschreibung des Energiesystems mit einer regionalen Betrachtung von der europäischen Ebene bis hin zu einzelnen Gemeinden. Diese hohe Datenqualität ermöglicht in MONA 2030 eine Regionalisierung der im Szenario-Prozess ermittelten Mantelzahlen und damit eine Verwendung dieser in den Übertragungs- und Verteilnetzbetrachtungen.

 

Analyse Netzoptimierender Maßnahmen im Übertragungsnetz mit "ISAaR"

Das lineare Optimierungsmodell ISAaR umfasst die Sektoren Strom, Wärme und Gas, sowie alle in diesen Sektoren relevanten Erzeuger, Speicher und Verbraucher. Es ermöglicht eine Analyse von Netzoptimierenden Maßnahmen im Übertragungsnetz (vgl. Abbildung 2).

 

20170921 Struktur ISAaR

Abbildung 2: Modellierte Energiesystemelemente und Netzoptimierende Maßnahmen in ISAaR

Zudem wird die regionale Kopplung des Elektrizitätssektors durch die Abbildung des europäischen Übertragungsnetzes mit 496 Knoten in Deutschland & Österreich und 1.500 Knoten im restlichen Europa berücksichtigt. Als Optimierungsziel können z. B. die Minimierung der 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. Die Implementierung des PTDF-Verfahrens, einer DC-Approximation des AC-Lastflusses, ermöglicht es, valide Aussagen über die Auswirkungen der Netzoptimierenden Maßnahmen im Übertragungsnetz zu treffen.

 

GridSim - Regionales Energiesystemmodell für die Bewertung von Netzoptimierenden Maßnahmen im Verteilnetz

Die Modellumgebung „GridSim“ ist ein modulares Simulationstool zur detaillierten, dreiphasigen Berechnung von Verteilnetzen mit hohen Durchdringungen von dezentralen Erzeugungsanlagen und/oder zusätzlichen Lasten, wie Elektrofahrzeugen oder Stromspeichern. Mit Hilfe der GridSim können basierend auf Lastflussberechnungen kritische Betriebszustände, z. B. Verletzungen des erlaubten Spannungsbandes oder Betriebsmittelüberlastungen, analysiert und der Einsatz der Netzoptimierenden Maßnahmen betrachtet werden. Durch die Möglichkeit von Jahressimulationen in frei einstellbaren zeitlichen Auflösungen können zusätzlich beispielsweise Energiebilanzen des gesamten Netzgebiets, Auslastungen der Netzkomponenten oder äquivalente Vollzyklen von Speichern erstellt bzw. errechnet werden.

 

Typnetze als Grundlage für allgemeingültige Simulationen

Die Kombination der aus realen Netzdaten geclusterten Basisnetztopologien mit dem Siedlungsmodell erlaubt die Erstellung von Typnetzen für die Niederspannung und eine realitätsnahe Abbildung der elektrischen und thermischen Lastgänge an jedem Netzanschlusspunkt.

 

Einbettung der Basisdaten im Gesamtprojekt MONA 2030

Die in diesem Bericht beschriebenen Grundlagen zeigen, wie die Szenarien aus dem Teilbericht "Szenario-Analyse" in für die Netzberechnungen nutzbare Daten übersetzt werden können. Darüber hinaus wird detailliert erläutert, in welcher Form die Netzoptimierenden Maßnahmen aus dem Teilbericht "Maßnahmenklassifizierung" in den Modellumgebungen abgebildet werden. Diese Aspekte bilden die Basis für die Simulationen und die Nutzwertanalyse im Teilbericht "Einsatzreihenfolge". Dadurch ist für den in MONA 2030 angestrebten systemübergreifenden Vergleich von Netzoptimierenden Maßnahmen eine valide, transparente Berechnungsgrundlage geschaffen.

 

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