ENets

Stochastische Modellierung und Steuerung der Energienetze der Zukunft

Kernelement des Projektvorhabens ist die Kombination stochastischer Modellierung des Strom- und Gasmarktes unter Berücksichtigung ökonomischer Grundsätze mit der Modellierung und Optimierung der Strom und Gasnetze unter Berücksichtigung physikalischer Grundsätze. Dabei soll eine Kopplung der bisher separat betrachteten Modellebenen Markt und Netz erfolgen. Die Entwicklung der Modelle wird gegenseitig abgestimmt, um ein algorithmisch effizientes Gesamtmodell zu entwickeln. Hierbei sind aus mathematischer Sicht folgende Fragestellungen zu betrachten:

  • Entwicklung von Modellen und Algorithmen zur Integration stochastischer Eingangsgrößen in die physikalischen Netzmodelle für Strom und Gas,
  • Integration preissensitiver Nachfrage (smart-grids) und volatiler Erzeuger (erneuerbare Energien) in Strommarktmodelle für den Day-Ahead- und den Intraday-Markt,
  • Methoden zur Kopplung und operativen Optimierung des Strom- und Gasnetzes unter Berücksichtigung unsicherer Eingangsgrößen.

Das Verbundprojekt ENets gliedert sich daher in vier Teilprojekte (TP):

TP 1: Stochastische Marktmodellierung (Dr. Andreas Wagner, Fraunhofer ITWM)

Basierend auf einer Analyse von erfassten Daten werden stochastische Modelle für die Fundamentalfaktoren Wind- und PV-Einspeisung sowie die Netzlast an den Netzknoten entwickelt. Die Fundamentalfaktoren werden mit dem Strom- und Gaspreismodell verbunden. Hierbei sind die technischen und ökonomischen Zusammenhänge basierend auf den gegebenen Marktregeln zwischen Nachfrage und der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu berücksichtigen. Der so modellierte Day-Ahead-Preis stellt den Ausgangspunkt für den Intraday-Handel und die zugehörigen Modelle dar (siehe TP 2).

TP 2: Modellierung der Mikrostochastik der Stromnachfrage am/nach dem Intraday-Markt (Prof. Dr. Ralf Korn, TU Kaiserslautern)

TP 2 baut auf der Modellierung des Day-Ahead-Marktes aus TP 1 auf. Hier werden die sich nach dem Intraday-Markt ergebende planbare Nachfragemenge nach Strom und nach den Quellen seiner Erzeugung sowie die noch mit ihr behaftete Unsicherheit (die Mikrostochastik) modelliert und knotenscharf als Input für die TP 3 und 4 zur Verfügung gestellt.

TP 3: Kopplung der Gas- und Stromnetze (Prof. Dr. Michael Herty, RTWH Aachen)

In Zukunft und zum Teil schon heute sind die Strom- und Gasnetze gekoppelt, da Gasturbinen als ständige Reserve bei schwankender Stromeinspeisung aus regenerativen Energien eingesetzt werden. Dies ist insbesondere für die im TP 2 untersuchten Intraday-Märkte relevant. Die nun fluktuierende Leistung der Gasturbinen ergibt  Druckschwankungen im Gasnetz, die sich im Netz ausbreiten können und unter Umständen vorgegebene Druck- und Flussschranken verletzen können. Die Simulation und Vorhersage dieser kritischen Situationen sind wiederum für die Preisgestaltung relevant.

TP 4: Resultierende (Prof. Dr. Simone Göttlich, Universität Mannheim)

In TP 4 werden die Modelle aus TP 3 um die Kopplung an das Intraday-Modell aus TP 2 sowie stochastische Einflüsse erweitert. Abhängig von der Stochastik, werden dadurch alle weiteren Größen ebenfalls stochastische Variablen, insbesondere durch die Kopplung in TP 3 auch die zugehörigen Dichten und Flüsse auf den verbundenen Gasrohren. Insgesamt muss also ein restringiertes, nichtlineares Optimierungsproblem gelöst werden, das die Differenz zwischen Angebot und Nachfrage minimiert. 

 

Teilprojekte

  • 05M18AMC | Teilprojekt 1: Marktmodellierung | Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)  
  • 05M18UKB | Teilprojekt 2: Mikrostochastik | Technische Universität Kaiserslautern
  • 05M18PAA | Teilprojekt 3: Kopplung der Gas- und Stromnetze | RWTH Aachen
  • 05M18VMA | Teilprojekt 4: Resultierende Optimierungsprobleme | Universität Mannheim