Bewertung von Flexibilitätsoptionen in Mittelspannungsnetzen

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Der fortschreitende Transformationsprozess des Energieversorgungssystems führt zu einer erheblich steigenden Anzahl von Erzeugungsanlagen, Speichersystemen und neuer Lasten im Verteilnetz. Gleichzeitig erfordert das Gesamtsystem mehr Flexibilität, um die Volatilität der Stromerzeugung durch Wind- und Photovoltaikanlagen bestmöglich auszugleichen. Beide Entwicklungen haben massive Auswirkungen auf die zukünftige Planung und den Betrieb von Verteilnetzen. Die Flexibilität einzelner Akteure kann bei einer rein marktorientierten Betriebsweise neue Netzengpässe verursachen, aber gleichermaßen durch eine netzdienliche Betriebsweise bestehende Netzengpässe auflösen. Um Ineffizienzen im Gesamtsystem zu vermeiden, ist es daher erstrebenswert, das Zusammenspiel von Netz und Markt tiefergehend zu analysieren und Rahmenbedingungen zu schaffen, die eine bestmögliche Nutzung der vorhandenen Flexibilitätspotentiale erlauben. Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Schnittstelle an und stellt ein Verfahren für die Analyse und Bewertung des netzdienlichen Einsatzes von Flexibilitätsoptionen in Mittelspannungsnetzen vor. Den Kern der Arbeit bildet die Verknüpfung eines eigenständigen, generischen Anlagenmodells mit einem Netzmodell. Das entwickelte Anlagenmodell basiert auf dem Power Nodes Modeling Framework, das für die Berücksichtigung von sektorenübergreifenden Aspekten erweitert wurde. Das Modell eignet sich für die Modellierung komplexer Anlagen, die sowohl mehrere Flexibilitätsoptionen als auch nicht flexible Prozesse aufweisen. Das Netzmodell dient zur Berechnung der verbleibenden Netzkapazität bzw. des Flexibilitätsbedarfs am Netzverknüpfungspunkt der Flexibilitätsoptionen. Hierfür wird in einem neuartigen Ansatz ein Optimal-Power-Flow-Berechnungsverfahren für die Anwendung in MS-Netzen geeignet modifiziert. Mit den OPF-Berechnungen lassen sich die Netzkapazitätsgrenzen unter Berücksichtigung sämtlicher Grenzwerte (Knotenspannungen und Betriebsmittelauslastungen) des Netzgebiets bestimmen. Die Anwendung der Modelle erfolgt auf zwei reale Mittelspannungsnetze unter Berücksichtigung von Szenarien zur Entwicklung der Versorgungsaufgabe bis 2035. Auf Basis von Jahressimulationen in viertelstündlicher Auflösung erfolgt eine detaillierte Analyse der verbleibenden Netzkapazitäten, des Flexibilitätsbedarfs und der Auswirkungen auf den marktorientierten Betrieb der Flexibilitätsoptionen. Aus den umfangreichen Simulationsergebnissen werden allgemeine Erkenntnisse für die Netzplanung, den Netzbetrieb, die Flexibilitätsbereitstellung durch Anlagenbetreiber und die Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens abgeleitet.

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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultäten und Einrichtungen:
Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik » Elektrotechnik » Dissertationen
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Stichwörter:
Flexibilität, Flexibilitätsoptionen, Netzberechnung, Netzplanung, Smart Grids, Optimal-Power-Flow, Anlagenoptimierung
Beitragender:
Prof. Dr. Zdrallek, Markus [Betreuer(in), Doktorvater]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Dateien geändert am:
20.02.2019
Datum der Promotion:
01.02.2019
Medientyp:
Text
Rechtliche Vermerke:
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