Projekthintergrund

Betreiber von Transport- und Verteilnetzen stehen heute vor signifikanten Herausforderungen. Neben dem zunehmenden internationalen Stromhandel im Transportnetz belastet eine zunehmende volatile Wind- und Solareinspeisung neben den Transportnetzen insbesondere auch die Verteilnetze. Netze müssen zunehmend für extrem unterschiedliche Situationen ausgelegt werden. Speziell die Verteilnetze müssen eine breite Aufgabenpalette als Versorgungsnetze für die Kunden bis hin zu Anschluss- und Integrationsnetze für die erneuerbaren Energien erfüllen.

Bereits jetzt zeichnet sich ein Investitionsstau aufgrund der veränderten Rahmenbedingungen ab: So müssen die Windenergieanlagen-Betreiber in Norddeutschland ihre Turbinen immer öfter herunterregeln. Allein in Schleswig-Holstein passten 2009 etwa 50 Mio. kWh Windstrom nicht mehr in die Hochspannungsebene des Verteilnetzes. Ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Energieerzeuger wird diese Situation weiter verschärfen und führt zu einem drastischen Handlungsdruck auf die bestehende Infrastruktur. Die EU schätzt einen Investitionsbedarf (CAPEX) von 200 Mrd. Euro bis 2020 für den Ausbau der europäischen Netze.

Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, sind gravierende Anpassungen an der bestehenden Netzinfrastruktur erforderlich, die deutliche Investitionen bedingen. Die Netzstrukturen müssen während des gesamten Übergangsprozesses einerseits die veränderten Einspeise-, Speicherungs- und Nachfrageszenarien abbilden, andererseits muss ein solcher Übergang unter wirtschaftlicher Betrachtung umsetzbar sein. Zur Definition einer Handlungsstrategie sind mehrere hundert Entscheidungsparameter über die Jahre festzulegen und regulatorische, betriebswirtschaftliche und technische Randbedingungen einzuhalten.

Bei dieser Komplexität ist die manuelle Suche nach optimalen Lösungen, die bei minimalem Kapitaleinsatz den veränderten Rahmenbedingungen der Erzeugung und Nachfrage Rechnung trägt, unmöglich. Bisherige Ansätze beschreiben zwar den Betriebsmittelbestand und machen diesen einer Simulation zugänglich, die Auswahl hunderter Strategieparameter verbleibt dem Planer bzw. Asset Manager als Aufgabe.

Die Komplexität der Aufgabe steigt zusätzlich durch die Berücksichtigung der Unsicherheit der technischen und regulatorischen Anforderungen an die Netze. Eine erste wissenschaftliche Modellierung des Planungsrisikos konnte erfolgreich gezeigt werden. Eine Umsetzung dieser Anforderungen und Ansätze in die Netzplanung und das Asset Management in der Praxis erfordert jedoch neben der grundlegenden realistischen Erweiterung der Modellierung, insbesondere speziell entworfene Optimierungswerkzeuge, die der Komplexität der Problemstellung gerecht werden. Daher ist es Ziel dieses Antrags einen Prozess für die Netzplanung und das Asset Management unter Berücksichtigung realer Unsicherheiten zu entwerfen, der durch geeignete zu entwerfende Optimierungswerkzeuge praxisnah unterstützt wird.

Den Ausgangspunkt der Aufgabenstellung stellt die zukünftige nachfrage- und erzeugungsgerechte Netzstruktur dar, die initial identifiziert werden muss. Diese Sollstruktur dient als Ziel der strategischen Asset-Management-Maßnahmen und des taktischen Netzneubaus. Aufgrund der Komplexität der bislang manuell durchgeführten Simulation zum Asset-Management wird ein Ansatz gesucht, der den Anlagenneubau, -umbau und ersatzneubau handhabbar gestaltet. So beträgt der Aufwand zur Erstellung eines Zielnetzes inkl. Basisstrategie heutzutage einige Wochen, wodurch die Gewinnung einer optimalen Strategie durch die geringe Anzahl an möglichen Variationen, die so untersucht werden können, nicht möglich ist. Das hier beschriebene Projekt sieht zur Unterstützung des Übergangsprozesses vom heutigen in ein zukünftig technisch und wirtschaftlich optimales Netz folgende Teilschritte vor, die zur Gewinnung optimaler Umbaumaßnahmen führen.



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