Energiesysteme sind sehr komplex. Daher müssen bei der Modellierung vereinfacht werden. Hierdurch bleibt in der klassischen Energiesystemanalyse teilweise offen, welche operativen Auswirkungen die gefundenen Antworten im realen System haben. Hier setzt die „operative Systemanalyse“ an. Dazu zählen beispielsweise Modelle, mit denen der Betrieb von Stromnetzen in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung simuliert werden kann.

Derartig hochaufgelöste Modelle können allerdings nur einen geringeren Systemumfang abbilden. Daher konzentrieren sich die Modelle der operativen Energiesystemanalyse jeweils auf bestimmte Teilaspekte des Energiesystems.

Das richtige Modell für jede Fragestellung

In dem MODEX-Vorhaben „Modellexperimente in der operativen Energiesystemanalyse“ (MEO) vergleicht das Projektteam acht Modelle miteinander. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen dabei ermitteln, welche Modelle für welche Fragestellungen besonders geeignet sind. Aufbauend auf den unterschiedlichen Ergebnissen analysieren die neun Verbundteilnehmer die zugrundeliegenden Ursachen und ermitteln Optimierungspotenziale.

Im Anschluss wollen sie herausfinden, welches Modell für welche spezifischen Aufgaben am besten geeignet ist. Zusätzlich ergibt sich aus den Vergleichen die Chance jedes einzelne Modell individuell zu verbessern. Außerdem erhofft sich das Forschungsteam durch die Untersuchungen zusätzlich auch die Grenzen der Modelle aufzeigen zu können

Für den Vergleich entwickeln die Partner zunächst einheitliche Szenarien für die Frage „Was sind die operativen Auswirkungen von Veränderungen im Energiesystem auf Verteilnetzebene und wie sind diese zu bewerten?“. Die Sektorkopplung spielt eine immer größere Rolle; daher stehen neben Strom auch Gas und Wärme im Fokus der Untersuchungen. Die Szenarien umfassen jeweils eine Systembeschreibung, beispielsweise eine Netztopologie, sowie Erzeugungs- und Verbrauchszeitreihen. Sie stellen außerdem Veränderungen dar, die sich innerhalb des Systems ereignen, zum Beispiel eine Zunahme der Solarstromerzeugung sowie der Einsatz innovativer Betriebsmittel oder Regelungsverfahren.

Bei der Auswahl der Kriterien für die Modelle hat das Projektteam enge Parameter angelegt. So war zunächst eine hohe zeitliche Auflösung erforderlich. Diese muss mindestens 15 Minuten betragen. Zudem war eine kleinskalige Auflösung von Systemen ein wichtiges Kriterium. Dies ist notwendig, damit das Forschungsteam Prozesse für das Erzeugen, Transportieren, Speichern und den Verbrauch von Energie aus Betriebsführungssicht analysieren kann.

Im Hinblick auf die Steuerungslogik können die teilnehmenden Modelle nicht nur Zeitreihen verarbeiten, sondern auch das dynamische Verhalten von Systemen abbilden. Ein Beispiel hierfür sind Elektroautos, die auf Preissignale von außen reagieren. Zudem war eine Voraussetzung, dass die Programmstruktur einsehbar ist, damit es den Projektpartnern im Fall unterschiedlicher Ergebnisse möglich ist, einen Vergleich auf Quellcodeebene oder auf Ebene von Struktur- und Sequenzdiagrammen vorzunehmen. Darüber hinaus mussten die Modelle bereits praxiserprobt sein, sprich in der operativen Energiesystemanalyse eingesetzt worden sein. Der dafür erforderliche Reifegrad stellt sicher, dass innerhalb von MEO keine nennenswerten Entwicklungsarbeiten erforderlich sind, die den Modellvergleich verzerren könnten. (ml)

Projektpartner

• Helmut-Schmidt-Universität – Universität der Bundeswehr Hamburg – Fakultät für Maschinenbau – Institut für Automatisierungstechnik – Professur für Automatisierungstechnik
• Universität Duisburg-Essen – Fachbereich Wirtschaftswissenschaften – Institut für Informatik und Wirtschaftsinformatik – Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Softwaretechnik
• Universität Kassel – Fachgebiet Energiemanagement und Betrieb elektrischer Netze FB-16
• Bergische Universität Wuppertal – Fachbereich E - Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik – Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik
• FfE Forschungsstelle für Energiewirtschaft
• Gas- und Wärme-Institut Essen
• Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE)
• Hochschule Offenburg – Hochschule für Technik, Wirtschaft und Medien
• OFFIS