Authors: Metz, Michael
Title: Flexible Energieversorgung
Other Titles: Modellierung der Last- und Erzeugungssituation dezentraler Versorgungsgebiete zur Bestimmung der Systemflexibilität
Language (ISO): de
Abstract: Durch den langfristig angelegten Umbau des Energiesystems nimmt der Anteil fluktuierender Einspeisung in das Stromversorgungsnetz zu. Um den Zielkonflikt zwischen steigender Nachhaltigkeit auf der einen und gleichbleibender Versorgungssicherheit auf der anderen Seite zu lösen, werden Flexibilitätsoptionen benötigt. Im Umfeld dezentraler Versorgungsgebiete lassen sich darunter sowohl verbrauchernahe Erzeuger und Speicher als auch flexible Lasten zusammenfassen. Durch die Heterogenität der Anlagenstruktur und die dynamischen Anforderungen der Versorgungsaufgabe ist es schwierig, allgemeine Aussagen zur Flexibilität des Gesamtsystems zu machen. In dieser Arbeit wird daher eine Methode entwickelt, um die Systemflexibilität räumlich und technisch abgegrenzter Versorgungssysteme zu bewerten. Da die Flexibilitätsoptionen zunächst eine Versorgungsaufgabe erfüllen, besteht die Hauptanforderung der Untersuchung in der Entwicklung eines ganzheitlichen Modells, mit dem Versorgungsgebiete vollständig beschrieben werden können. Als Komponenten des Systems werden Standort, Topologie, Anlage, Gebäude, Haushalt und Endgerät abgegrenzt. Indem für jede dieser Komponenten spezifische Modellbausteine definiert werden, wird ein generischer Baukasten für die Szenariendefinition erstellt. Durch geeignete Methoden wird die zeitlich aufgelöste Last- und Erzeugungssituation für die Endenergieträger Gas, Strom und Wärme abgebildet. Mit dem „aktivitätsbasierten Lastmodell“ wurde dabei ein innovativer Ansatz verfolgt, um fluktuierende elektrische und thermische Lasten in der Größenordnung von 1...200 Gebäuden realitätsnah zu simulieren. Dabei werden die spezifischen Merkmale des Haushaltes und der Endgeräte berücksichtigt. Der Anlagenbetrieb wird durch ein gemischt-ganzzahliges lineares Optimierungsmodell dargestellt, das auf alle Szenarien anwendbar ist. Durch ein Testverfahren wird schließlich das Potenzial eines Systems bewertet, im Bedarfsfall neben der Versorgungsaufgabe als virtuelle Batterie Strom aufzunehmen oder abzugeben. Mittels linearer Optimierung werden dabei spontane Leistungsabrufe getestet, die hinsichtlich Zeitpunkt, Leistung und Abrufdauer variiert werden. Die Ergebnisse dieser Testsequenzen lassen sich zu den Kenngrößen Kapazität und Leistung verdichten. Komplexe, heterogene Versorgungssysteme können mittels einer virtuellen Leistung und Kapazität bewertet und verglichen werden, ohne exogene Parameter einzubeziehen. Dennoch ist diese Bewertung mit Einschränkungen verbunden, denn im Gegensatz zu physikalischen Speichern können die Kenngrößen der virtuellen Batterie nicht deterministisch ermittelt oder fortgeschrieben werden.
Due to the long-term transformation of the energy system, the share of fluctuating feed-in to the electricity supply grid increases. Thus flexibility options are needed to solve the conflict between an increasing sustainability and a continuing security of supply. In decentralized energy supply systems, flexibility options cover generation and storage plants as well as flexible loads. Due to the mixed technology structure and the dynamic requirements of the supply task it is difficult to assess the flexibility of the overall system in general.In this thesis a method for the evaluation of the system flexibility of a spatially and technically defined decentralized energy supply system is developed. Since flexibility options have to assure the supply security, a main challenge is finding a modelling approach for the holistic description of supply areas. The components of the system are location, topology, plant, building, household and appliance. At first a toolbox for the generic description of scenarios is developed. Each component is represented by specified model bricks. With appropriate methods the dynamic load and generation situation for the end energy sources gas, electricity and heat is depicted. The “activity based load model“ was developed in order to simulate fluctuating electric and thermal loads in the magnitude of 1...200 buildings. Therefore specific characteristics of the household and the appliances are considered. The plant operation is scheduled using a mixed-integer linear optimization model which can be applied to all scenarios. Finally the potential of the system is evaluated, serving as a virtual battery and absorb or provide electric energy if needed besides the primary supply task. Using linear optimization techniques, the spontaneous dispatch of electricity is tested and varied regarding the parameters starting time, power and duration. Subsequently the results of these test sequences are condensed to the parameters capacity and power. Thereby complex and heterogeneous supply systems can be evaluated and compared by those parameters without considering exogeneous constraints. Yet this evaluation method is limited, because in contrast to physical energy storages the parameters of the virtual battery cannot be calculated deterministically.
Subject Headings: Aktivitätsbasiertes Lastmodell
Dezentrale Energieversorgung
Energieanwendung
Energiesysteme
Energieversorgung
Erneuerbare Energien
Lastprofil
Lastprofilgenerator
Gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung
Mathematische Optimierung
Modellierung
Regenerative Energien
Virtuelle Batterie
Virtuelles Kraftwerk
Zeitbudgeterhebung
URI: http://hdl.handle.net/2003/33484
http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-15577
Issue Date: 2014-07-14
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