StoOpt.NRW

IT-Werkzeuge und -Systeme für die nachhaltige Bewirtschaftung von KWK- und Speichersystemen

Kurzbeschreibung

Der Umbau des Energiesystems, insbesondere die Integration der schwankenden Einspeisung Erneuerbarer Energien erfordert zusätzliche Flexibilitäten im Anlagenpark. Dies stellt Anlagenbetreiber konventioneller und regenerativer Erzeugungsportfolien vor enorme technische und wirtschaftliche Herausforderungen. Zur Stabilisierung des Gesamtsystems und zur nachhaltigen Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit werden daher innovative Ansätze und IT-Tools zur Unterstützung der Anlagenbetreiber benötigt, sodass vorhandene Flexibilitäten unter Berücksichtigung der vorhandenen Unsicherheiten – z.B. bei der Prognose von Erneuerbareneinspeisungen – bestmöglich vermarktet werden können.

Der Wirtschaftsstandort NRW ist dabei sowohl durch eine hohe Bevölkerungsdichte als auch eine hohe Energienachfrage gekennzeichnet. Die Nutzung von Energieressourcen mit Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ist seit langem etabliert. Diese Systeme ermöglichen eine hocheffiziente Ausnutzung von Brennstoffen, unterliegen jedoch auch speziellen Betriebsrestriktionen, da sie nicht nur für den nationalen Strommarkt produzieren sondern jeweils auch die lokale Wärmenachfrage decken müssen. Dennoch sind auch hier erhebliche Flexibilitätspotenziale vorhanden, die jedoch zurzeit nicht ausreichend ausgeschöpft werden. Darüber hinaus können zusätzliche Flexibilitätspotenziale durch die Installation von Wärme- oder Batteriespeichern oder die Nutzung der sogenannten Power-to-Gas und Power-to-Heat Technologien erschlossen werden.

Im Rahmen des Projektes werden daher innovative Methoden entwickelt, die durch Nutzung der Methoden der stochastischen Optimierung diese Flexibilitätspotenziale identifizieren und deren Nutzung ermöglichen. Indem auf dieser Basis gezielt IT-Tools prototyphaft aufgebaut und in realitätsnahen Anwendungsszenarien getestet werden, wird ein wesentlicher Beitrag zum Erhalt und zur Verbesserung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der KWK-Anlagen in NRW und darüber hinaus geleistet und damit eine wichtige Voraussetzung für effiziente Ressourcennutzung und Klimaschutz geschaffen.

 

Zielsetzung

Ziel des Projektes ist es, neue Methoden und IT-Tools zur Optimierung des Betriebs von KWK- und anderen Verbundsystemen unter Unsicherheit zu entwickeln und operativ für die optimale Nutzung von Flexibilitäten nutzbar zu machen.

Die operative Nutzbarkeit umfasst dabei v. a. die Bereitstellung von tatsächlichen Handlungsempfehlungen für den kurzfristigen Anlagenbetrieb und die entsprechenden Vermarktungsentscheidungen.

Dabei soll untersucht werden, wie und in welcher Form die stochastische Optimierung für die praktische Optimierung energiewirtschaftlicher Systeme nutzbar gemacht und daraus Prototypen für marktfähige Produkte entwickelt werden können.

Insbesondere ist es Ziel des Projektes, Methoden für die Optimierung von kombinierten Systemen der Wärme- und Stromerzeugung (Kraft-Wärme-Kopplung) einschließlich Wärmespeichern und Power-to-Heat Anlagen unter Unsicherheit bereitzustellen. Diese Methoden sollen zudem auf zukünftig verstärkt relevante Kombi-Portfolien mit konventionellen und erneuerbaren Anlagen sowie Power-to-Gas-Anlagen ausgeweitet werden.

Ein besonderes Augenmerk wird auch auf die Aufbereitung der Inputdaten und der Ergebnisse der Optimierung gelegt, sowie auf die Einbindung der Methoden in die Prozesse und Abläufe bei KWK- und anderen Anlagenbetreibern.

Um diese Projektziele zu erreichen, werden insbesondere folgende Einzelziele umgesetzt:

  • eine angemessene Modellierung der relevanten Unsicherheiten. Für KWK-Systeme sind hierbei insbesondere die Unsicherheiten der Wärmenachfrage sowie der verschiedenen Strommärkte (Day-Ahead- und Intraday-Spotmarkt, Regelleistungsmärkte) zu beschreiben. Für Kombisysteme mit erneuerbaren Energien werden zudem die Schwankungen bei der Einspeisung von Wind- und Solaranlagen berücksichtigt.
  • eine problemangepasste Berücksichtigung der Unsicherheiten bei der Formulierung eines stochastischen Optimierungsproblems. Hierbei sind ggf. Komplexitätsreduktionsverfahren anzuwenden, um angemessene Rechenzeiten und eine tatsächliche Nutzbarkeit der Optimierungsergebnisse zu gewährleisten.
  • eine Berücksichtigung von verbundenen wärme- und stromseitigen Flexibilitäten, insbesondere von Wärmespeichern und Power-to-Heat Technologien durch entsprechende Modellierungselemente
  • eine detaillierte Abbildung relevanter Marktsegmente, insbesondere Abbildung des Stromhandels auf Viertelstundenbasis sowie der verschiedenen Regelleistungsmärkte

 

Ansprechpartner:

M. Sc. Philip Beran, M. Sc. Christian Furtwängler, M. Sc. Arne Vogler

 

Gefördert durch:

 

In Kooperation mit: