Robuste Übertragungsnetzplanung unter Berücksichtigung des Klimawandels: Hochauflösende Modelle und effiziente Optimierungsmethoden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Rehtanz
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527339595

Um Klimaneutralität zu erreichen, ist eine großflächige Integration erneuerbarer Energiequellen und die Elektrifizierung anderer Energiesektoren wie des Klima- und des Verkehrssektors von entscheidender Bedeutung. Für die großflächige Integration erneuerbarer Energiequellen ist ein robustes Übertragungsnetz erforderlich. Der Planungsprozess von Übertragungsnetzen unterliegt jedoch Unsicherheiten auf mehreren Ebenen. Daher ist die Prognose der Auswirkungen möglicher Klimaentwicklungen oder des Auftretens extremer Wetterereignisse für die Planung von Übertragungsnetzen von entscheidender Bedeutung. Zusätzlich zu den mehrstufigen Unsicherheiten ist die genaue Bewertung der potenziellen Auswirkungen der Elektrifizierung von Endverbrauchssektoren der Schlüssel für eine kosteneffiziente Transformation des Stromsystems. Das Ziel dieses Projekts ist daher die Entwicklung neuartiger Methoden für eine robuste Planung von Übertragungsnetzen unter Berücksichtigung mehrstufiger Unsicherheiten und flexibler Verbraucher durch Sektorkopplung. Zunächst wird eine Methodik zur Modellierung von Unsicherheiten in mehreren Zeitskalen innerhalb der langfristigen Übertragungsnetzplanung entwickelt, mit besonderem Fokus auf wetterbedingte Unsicherheiten. Zweitens wird ein integriertes Übertragungsnetzplanungsmodell auf Basis eines Unit-Commitment-Modells entwickelt. Im Rahmen des stochastischen Dispatch-Modells wird nicht nur der Betrieb von konventionellen Kraftwerken und Speichern bestimmt, sondern auch das Verhalten von Sektorkopplungstechnologien in den Sektoren Verkehr und Klimatisierung optimiert. Aufgrund der hohen Problemkomplexität, die sich aus der Berücksichtigung von mehrstufigen Unsicherheiten ergibt, ist ein geeignetes Lösungsverfahren erforderlich. Daher wird in einem dritten Schritt ein hybrides Dekompositionsverfahren entwickelt. Die Methode wird auf verteiltem Rechnen und der Kombination des Column Generation & Sharing Algorithmus mit modernsten Dekompositionsmethoden beruhen. Sie wird die Stärken der verschiedenen Dekompositionsmethoden ausnutzen, um eine verbesserte Rechenleistung zu erzielen und die Planung von Energiesystemen realistischer Größe zu ermöglichen. Die geplanten Verfahren bieten somit einen Rahmen für die robuste Planung großer Stromversorgungssysteme. Der vorgeschlagene Planungsrahmen wird verwendet, um optimale Entwicklungspfade für das europäische und chilenische Übertragungsnetz zu generieren und um Erkenntnisse über die Auswirkungen von wetterbedingten Unsicherheiten und den Transport- und Klimasektor auf Investitionsentscheidungen zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Chile
• Partnerorganisation: Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID)
• Kooperationspartnerin: Dr.-Ing. Ángela Matilda Flores Quiroz