Modellierung der flexiblen Energiebereitstellung von Wasserkraftwerken in Europa
Vortrag und Tagungsbeitrag von Constanze Hecker, Evamaria Zauner, Christoph Pellinger, Luis Carr und Stephan Hötzl auf der IEWT Wien 2015, Themenbereich 3. Erzeugungstechnologien, 11. Februar 2015
Motivation und zentrale Fragestellung
Der Modellierung des Flexibilitätspotenzials von Pump- und Speicherwasserkraftwerken kommt bei der Bestimmung des zukünftigen Speicherbedarfs eine große Bedeutung zu. Die Betriebsweise der Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke kann durch Anforderungen des Hochwasserschutzes und weitere ökologische Anforderungen stark beeinflusst werden. Zudem sind Pumpspeicher und Speicherkraftwerke häufig in komplexe Kraftwerksketten eingebunden und ein erheblicher Teil der Stromproduktion ist auf den natürlichen Zufluss zurückzuführen. Für eine detaillierte Modellierung der flexiblen Energiebereitstellung fehlen in der Regel jedoch die Eingangsdaten. Die zentrale Fragestellung lautet daher, ob es möglich ist auf Basis öffentlich verfügbarer Datenquellen die Einschränkungen in der Betriebsweise der Kraftwerke in einem Top-Down-Ansatz abbilden zu können.
Methodische Vorgangsweise
Die Methodik soll es erlauben auf Basis einer Reihe von öffentlich verfügbarer Datenquellen die Flexibilitätspotenziale der Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke einzelner Länder unter Berücksichtigung der genannten Einschränkungen an den Betrieb empirisch zu modellieren. Hierfür werden zunächst aus historischen Erzeugungsgängen, der Jahreserzeugung je Kraftwerkstyp und dem Pumpverbrauch bzw. -erzeugung Referenzlastgänge generiert, die nach Festlegung geeigneter Randbedingungen zur Bestimmung eines verfügbaren Flexibilitätspotenzials herangezogen werden können.
Die verfügbare Datenbasis ist allerdings nicht für alle Länder gleich. Daher wird ein Basisschema erstellt von dem bei unvollständiger Datengrundlage abgewichen werden kann. Durch die Nutzung realer historischer Daten wird gewährleistet, dass ein direkter Bezug zu tatsächlichen Erzeugungsdaten der Wasserkraftwerke gegeben ist. Im Anschluss an die Erstellung der Referenzlastgänge wird eine Aufteilung in einen flexiblen und unflexiblen Anteil vorgenommen. Der unflexible Anteil wird als Mindestleistung in der Modellierung angenommen. Die Energiemenge des flexiblen Anteils könnte prinzipiell zu einem beliebigen Zeitpunkt unter Berücksichtigung der installierten Leistung bereitgestellt werden. Allerdings führt dies zu einer Überschätzung des Flexibilitätspotenzials. Daher werden zusätzliche Randbedingungen, wie eine tägliche und wöchentliche Mindesterzeugungsmenge eingeführt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Es konnte ein Top-Down-Ansatz entwickelt werden, mit dem aus frei verfügbaren, historischen Erzeugungsgängen in stündlicher Auflösung Referenzlastgänge zur Abbildung der gesamten Wasserkrafterzeugung je Kraftwerkstyp und Land ermittelt werden können. Diese Lastgänge sind nahe an realen Lastgängen. In Abbildung 1 ist das Ergebnis der Referenzlastgänge für Speicher und Pumpspeicherkraftwerke Österreichs des Jahres 2012 dargestellt.
Diese Referenzlastgänge erlauben es unter Hinzunahme geeigneter Randbedingungen, die Flexibilitätspotenziale der Wasserkraft in energiewirtschaftlichen Simulationen gut abzubilden. Hierzu wird beispielsweise angenommen, dass die bereitgestellte Energiemenge des flexiblen Anteils auch in Zukunft innerhalb einer Woche abgearbeitet werden muss. In Abbildung 2 ist das Ergebnis der wöchentlich flexiblen Energiebereitstellung für die Speicherkraftwerke Österreichs des Jahres 2012 dargestellt.
Untertägige Abweichungen vom historischen Lastgang sollten i.d.R möglich sein. Eine deutlich erweiterte Flexibilisierung ist oft nur für wenige Tage möglich, wenn andere Anforderungen, wie beispielsweise die Speicherbewirtschaftung, der Hochwasserschutz oder Mindestwasserabfluss dies beschränken. Aufgrund der gewählten Methodik werden die genannten Beschränkungen intrinsisch berücksichtigt. Dies erlaubt eine realitätsnahe Simulation der flexiblen Energiebereitstellung aus Wasserkraft.
