NEW 4.0 | Systemgestaltung

Im Arbeitspaket 8 entsteht eine Gesamtsystemsimulation für die Modellregion, die mit ihren Ergebnissen dazu dienen soll, das Zusammenspiel verschiedener Erzeuger und Verbraucher mit dem Versorgungsnetz und den Märkten abzubilden. Der Aufbau dieser Simulationsumgebung erfolgt u.a. in den Aktivitäten 8.4 bis 8.6.

Simulation des Gesamtsystems und Auswertung (Aktivität 8.4)

In dieser Aktivität werden die Simulationsszenarien definiert, aufgebaut und ausgewertet. Sie dient daher sowohl als Grundlage für die weiteren Aktivitäten als auch als ihre Zusammenführung. Zu dieser Aktivität gehört die Identifikation der relevanten Use Cases im Forschungshaben, die das größte Potential zur Nutzung flexibler Erzeugung und Last aufweisen. Die Gesamtsystemsimulation soll die Auswirkungen eines flexiblen Betriebs von Anlagen und dessen Handel an einem Marktplatz in diesen Use Cases untersuchbar machen. Die Definition der Simulationsrandbedingungen für verschiedene Szenarien erfolgt im Zusammenspiel mit weiteren Projektpartnern. Diese Szenarien sollen unter anderem verschiedene Entwicklungen in Bezug auf die Zusammensetzung des Energiesystems, der Märkte und möglichen regulatorischen Rahmenbedingungen berücksichtigen. Infolgedessen werden alle benötigten Datensätze zur Erstellung der Szenarien zusammengetragen und analysiert.

Im Zuge der Gesamtsystemsimulation wird die verwendete Simulationsumgebung den Anforderungen angepasst und erweitert, um die Kommunikationsfähigkeit der einzelnen, im AP8 entwickelten, Modelle zu gewährleisten. Im Anschluss werden die Teilsystem-Modelle über die Simulationsumgebung zu einem Gesamtsystem-Modell zusammengeführt und die Simulationen durchgeführt. Dies erfolgt in einem iterativen Prozess aus kontinuierlicher Weiterentwicklung der Modelle und ihrer Kommunikation sowie dem Testen der Simulation. Bei der Auswertung der Simulationsergebnisse sind Fragestellungen bezüglich der ökonomischen Wirkung der Flexibilitätsmärkte und des Optimierungspotentials in der Modellregion in Bezug auf die Nutzung und Verortung von Flexibilitätsoptionen zu betrachten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung des Netzbetriebes in Folge der Nutzung von flexiblem Anlagenbetrieb in der Erzeugung und Last, vor allem in der gelben Ampelphase. Der Fokus liegt hier vor allem auf den im Projekt errichteten Demonstratoren. Aus der Beantwortung dieser Fragen ist eine Handlungsempfehlung abzuleiten.

Die Notwendigkeit von einem gesondertem Projektplan inklusive eigenem Budget für den Use Case 3: Smart Balancing (UC3) hat sich erst nach Beginn der NEW 4.0 Aktivitäten gezeigt. Die ursprüngliche Idee, die Information über die aktuelle Regelzonenabweichung (und der entstandenen Kosten) von den Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) an einzelne Bilanzkreisverantwortliche (BKV) zu übermitteln ist aus rechtlichen Gründen, sowie den Einwänden der Bundesnetzagentur (BNetzA) nicht umsetzbar. Um dennoch Erkenntnisse über die Anwendbarkeit, Vorteile und Risiken von Smart Balancing zu gewinnen bedarf es in erster Instanz der Erstellung eines Modelles und einer Analyse von Simulationsergebnissen. Dieser Mehraufwand kann nicht von dem Mitarbeiter des AP 5 (E13, 50%) geleistet werden. Die Erstellung des Modelles wird der „Teilaktivität 8.4: Simulation des Gesamtsystems“ zugeordnet, stellt aber einen losgelösten Arbeitsfluss dar. Aggregierte Ergebnisse sollen in Form von Berichten dem AP 5 zur Verfügung gestellt, in wissenschaftlichen Artikeln und einem Positionspapier veröffentlicht werden.

Der neue UC3 Mitarbeiter (E13, 50%) soll Vor- und Nachteile, sowie den volkswirtschaftlichen Nutzen von mitregelnden BKVs anhand von Simulationen und anschließenden Interviews mit BKVs analysieren und die Bedingungen für einen Feldtest ausdefinieren. Die Erkenntnisse werden nicht nur veröffentlicht, sondern auch direkt in die Lehre an der HAW Hamburg übertragen. Verwertet wird das erstellte Modell für zukünftige Forschungsprojekte und kann ggf. zu Schulungszwecken (als Input für berufsbegleitende Weiterbildung im AP 7) eingesetzt werden.

Das Gesamtziel des Teilvorhabens ist eine auf Simulationsergebnissen und Interviews basierende Handlungsempfehlung für die Ausgestaltung von den Mechanismen des Ausgleichs von Regelzonen und Regelenergiemärkten. Das neue EU Reformpacket (Winter 2017) schlägt den Weg zu einheitlichen Regelenergiemärkten auf europäischer Ebene ein. [1] Die empfohlenen Mechanismen müssen daher universell und unabhängig von nationalen Gegebenheiten einen stabilen Systembetrieb gewähren.

Folgende wissenschaftliche Fragestellungen sind durch die HAW zu klären: Wie müssen Mechanismen des Ausgleichs von Regelzonen und Regelenergiemärkte (in Deutschland und Europa) ausgestaltet werden, um

  • die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
  • die volkswirtschaftlichen Kosten so weit wie möglich zu reduzieren.
  • die Kopplung mit den Intra-day Märkten zu ermöglichen.
  • Flexibilität einen „Wert“ (Echtzeit-Preis) zu geben.
  • ein Geschäftsmodel für Batteriespeicher, Sektorenkopplung und DSI zu bieten.

Die Antworten auf die Forschungsfragen werden in Form von wissenschaftlichen Konferenzbeiträgen, wissenschaftlichen Journalartikeln und populärwissenschaftlichen Beiträgen veröffentlicht. Abschließen wird das Teilvorhaben mit einem Positionspapier, welches mit dem NEW 4.0 Konsortium (ÜNBs und BKVs) abgestimmt wird. Parallel zum Konsolidierungsprozess des Positionspapiers werden die Bedingungen für einen Feldtest ausdefiniert und die Durchführung mit geeigneten Projektpartnern skizziert.

 

Modellbildung Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen (Aktivität 8.5)

Aufgabe des Arbeitspaketes ist die Modellierung flexibler Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen im industriellen und gewerblichen Bereich (Demand Side Integration) sowie von Kraft-Wärme- Kopplungstechnologien (KWK) am Netzanschlusspunkt, zur Abbildung des Wirkleistungsbezugs und der Flexibilität im Lastgang. Ziel ist es, für die Modellregion ein Modell der in Gewerbe- und Industriebetrieben vorhandenen stromseitigen Flexibilitäten aufzubauen und dieses in die Gesamtsimulation (Aktivität 8.4) einzubetten.

Zunächst erfolgt eine Potentialanalyse der Modellregion der Flexibilitätsoptionen im Bereich DSM und KWK. Auf deren Grundlage werden die Modelle parametrisiert. Dabei sollen sowohl technische, organisatorische als auch monetäre Bedingungen für die einzelnen Flexibilitätsoptionen Berücksichtigung finden. Die in dieser Aktivität entwickelten Modelle werden über eine zu programmierende Schnittstelle in die Simulationsumgebung des Gesamtsystems integriert und dort simuliert. Dies erfolgt in einem iterativen Prozess aus kontinuierlicher Weiterentwicklung des Modells und dem Testen der Simulation.

 

Modell- und Szenarienbildung Aggregatoren/Marktplätze (8.6)

Um das wirtschaftliche Potential der Nutzung von Flexibilitätsoptionen abzuschätzen, wird in dieser Aktivität ein Marktplatz modelliert und simuliert. Die konkrete Ausgestaltung der für die jeweiligen Use Cases angewandten Smart Markets wird in Absprache mit dem AP4 unter Berücksichtigung der Frage, ob systemdienliches oder -schädigendes Verhalten provoziert wird, ausgearbeitet. Dafür werden verschiedene Marktkonzepte untersucht und eines ausgewählt, wodurch der Kommunikationsablauf in der Gesamtsystemsimulation vorgegeben wird. Die Entscheidung für ein Marktkonzept beeinflusst weiterhin die Szenarienbildung in Aktivität 8.4. Die in dieser Aktivität entwickelten Markt-Modelle werden über eine zu programmierende Schnittstelle in die Simulationsumgebung des Gesamtsystems integriert und dort simuliert. Dies erfolgt in einem iterativen Prozess aus kontinuierlicher Weiterentwicklung des Modells und dem Testen der Simulation.

 

Weiter Materialien und wissenschaftliche Veröffentlichungen zu dem NEW 4.0 Teilprojekten finden Sie unter: CC4E-Marking und Kommunikation oder auf der Projektwebseite NEW 4.0

 

Projekt-Team: Martin Grasenack, Lucas Jürgens, Felix Röben

Duration
-
Budget
186.000
In cooperation with
Fraunhofer ISIT
Fraunhofer IEE
Technische Universität Hamburg
ArcelorMittal
Arge Netz GmbH & Co. KG
TRIMET
Aurubis
Hansewerk
Siemens Gamesa
Funding
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Unit
CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
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