Entwicklung eines Modells für die integrierte Simulation der europäischen Übertragungsnetze und Strommärkte

Publikation: Qualifikations-/Studienabschlussarbeit › Dissertation

Autorschaft

  • Christian Rathke

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Details

OriginalspracheDeutsch
QualifikationDoktor der Ingenieurwissenschaften
Gradverleihende Hochschule
ErscheinungsortHannover
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Abstract

Die Liberalisierung der Elektrizitätsmärkte und die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien führen aktuell zu tiefgreifenden Veränderungen der gesamten europäischen Elektrizitätswirtschaft. Insbesondere die Übertragungsnetzbetreiber stehen vor der Herausforderung, auch zukünftig einen stabilen und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten. Um den aus einer weitreichenden Veränderung der Erzeugerstruktur resultierenden Anstieg großräumiger Leistungstransite zu beherrschen, ist ein umfangreicher Ausbau der Übertragungsnetze notwendig, da diese für die veränderte Lastflusssituation ursprünglich nicht konzipiert wurden. Nur so können Netzüberlastungen vermieden und die hieraus resultierenden Beschränkungen für den grenzüberschreitenden Stromhandel abgebaut werden.

In dieser Arbeit wird detailliert die Entwicklung eines gesamteuropäischen, integrierten Netzund Strommarktsimulators vorgestellt. Hierzu wird zunächst ein Überblick über die heutige Struktur der europäischen Elektrizitätswirtschaft gegeben und anschließend auf den Aufbau der Übertragungsnetze, die eingesetzten Betriebsmittel und verschiedene Methoden der Leistungsfluss- und Kurzschlussberechnung eingegangen. Weiterhin werden in den nachfolgenden Kapiteln Modelle zur Bestimmung lokaler Verbraucherlasten und für die Kraftwerkseinsatzplanung vorgestellt. Hieraus wird ein vollständiges Modell der europäischen Elektrizitätswirtschaft abgeleitet und dessen Funktionsumfang anschließend anhand einiger beispielhafter Simulationsergebnisse dargestellt.

Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug ermöglicht die Berechnung realitätsnaher Kraftwerksfahrpläne und der hieraus resultierenden physikalischen Auswirkungen auf die Übertragungsnetze. Es vereinigt hierzu eine zeitreihenbasierte Simulation des Elektrizitätsmarktes mit einer detaillierten Nachbildung des europäischen Übertragungsnetzes. Die hohe Detaillierung ermöglicht die Durchführung einer vollständigen Leistungsflussberechnung mit dem Newton-Raphson-Algorithmus, mit der sowohl die Wirkleistungs- als auch die Blindleistungsflüsse bestimmt werden können. Die Ergebnisse der Leistungsflussberechnung bilden die Basis für weitere Berechnungen (z. B. Kurzschlussstromberechnungen) und die Bestimmung bzw. Beurteilung von möglichen Netzausbaumaßnahmen. Ein wesentlicher Bestandteil der Strommarktsimulation ist auch die Berücksichtigung des internationalen Stromhandels. Dieser führt zu einem komplexen Optimierungsproblem mit Randbedingungen, welches in dieser Arbeit über eine evolutionäre Strategie gelöst wird.

Da das Modell vollständig auf der Basis von öffentlich zugänglichen Daten erstellt wurde, bildet es zukünftig eine Plattform für die weitere wissenschaftliche Forschung an der Leibniz Universität Hannover mit denen zusätzliche, über diese Arbeit hinausgehende Aspekte (z. B. Stabilitätsberechnungen oder eine Berücksichtigung dynamischer Vorgänge), untersucht werden können.

Zitieren

Entwicklung eines Modells für die integrierte Simulation der europäischen Übertragungsnetze und Strommärkte. / Rathke, Christian.
Hannover, 2013. 220 S.

Publikation: Qualifikations-/Studienabschlussarbeit › Dissertation

Rathke, C 2013, 'Entwicklung eines Modells für die integrierte Simulation der europäischen Übertragungsnetze und Strommärkte', Doktor der Ingenieurwissenschaften, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Hannover.
Rathke, C. (2013). Entwicklung eines Modells für die integrierte Simulation der europäischen Übertragungsnetze und Strommärkte. [Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover].
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abstract = "Die Liberalisierung der Elektrizit{\"a}tsm{\"a}rkte und die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien f{\"u}hren aktuell zu tiefgreifenden Ver{\"a}nderungen der gesamten europ{\"a}ischen Elektrizit{\"a}tswirtschaft. Insbesondere die {\"U}bertragungsnetzbetreiber stehen vor der Herausforderung, auch zuk{\"u}nftig einen stabilen und zuverl{\"a}ssigen Netzbetrieb zu gew{\"a}hrleisten. Um den aus einer weitreichenden Ver{\"a}nderung der Erzeugerstruktur resultierenden Anstieg gro{\ss}r{\"a}umiger Leistungstransite zu beherrschen, ist ein umfangreicher Ausbau der {\"U}bertragungsnetze notwendig, da diese f{\"u}r die ver{\"a}nderte Lastflusssituation urspr{\"u}nglich nicht konzipiert wurden. Nur so k{\"o}nnen Netz{\"u}berlastungen vermieden und die hieraus resultierenden Beschr{\"a}nkungen f{\"u}r den grenz{\"u}berschreitenden Stromhandel abgebaut werden.In dieser Arbeit wird detailliert die Entwicklung eines gesamteurop{\"a}ischen, integrierten Netzund Strommarktsimulators vorgestellt. Hierzu wird zun{\"a}chst ein {\"U}berblick {\"u}ber die heutige Struktur der europ{\"a}ischen Elektrizit{\"a}tswirtschaft gegeben und anschlie{\ss}end auf den Aufbau der {\"U}bertragungsnetze, die eingesetzten Betriebsmittel und verschiedene Methoden der Leistungsfluss- und Kurzschlussberechnung eingegangen. Weiterhin werden in den nachfolgenden Kapiteln Modelle zur Bestimmung lokaler Verbraucherlasten und f{\"u}r die Kraftwerkseinsatzplanung vorgestellt. Hieraus wird ein vollst{\"a}ndiges Modell der europ{\"a}ischen Elektrizit{\"a}tswirtschaft abgeleitet und dessen Funktionsumfang anschlie{\ss}end anhand einiger beispielhafter Simulationsergebnisse dargestellt.Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug erm{\"o}glicht die Berechnung realit{\"a}tsnaher Kraftwerksfahrpl{\"a}ne und der hieraus resultierenden physikalischen Auswirkungen auf die {\"U}bertragungsnetze. Es vereinigt hierzu eine zeitreihenbasierte Simulation des Elektrizit{\"a}tsmarktes mit einer detaillierten Nachbildung des europ{\"a}ischen {\"U}bertragungsnetzes. Die hohe Detaillierung erm{\"o}glicht die Durchf{\"u}hrung einer vollst{\"a}ndigen Leistungsflussberechnung mit dem Newton-Raphson-Algorithmus, mit der sowohl die Wirkleistungs- als auch die Blindleistungsfl{\"u}sse bestimmt werden k{\"o}nnen. Die Ergebnisse der Leistungsflussberechnung bilden die Basis f{\"u}r weitere Berechnungen (z. B. Kurzschlussstromberechnungen) und die Bestimmung bzw. Beurteilung von m{\"o}glichen Netzausbauma{\ss}nahmen. Ein wesentlicher Bestandteil der Strommarktsimulation ist auch die Ber{\"u}cksichtigung des internationalen Stromhandels. Dieser f{\"u}hrt zu einem komplexen Optimierungsproblem mit Randbedingungen, welches in dieser Arbeit {\"u}ber eine evolution{\"a}re Strategie gel{\"o}st wird.Da das Modell vollst{\"a}ndig auf der Basis von {\"o}ffentlich zug{\"a}nglichen Daten erstellt wurde, bildet es zuk{\"u}nftig eine Plattform f{\"u}r die weitere wissenschaftliche Forschung an der Leibniz Universit{\"a}t Hannover mit denen zus{\"a}tzliche, {\"u}ber diese Arbeit hinausgehende Aspekte (z. B. Stabilit{\"a}tsberechnungen oder eine Ber{\"u}cksichtigung dynamischer Vorg{\"a}nge), untersucht werden k{\"o}nnen.",
author = "Christian Rathke",
note = "Dissertation",
year = "2013",
language = "Deutsch",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",

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T1 - Entwicklung eines Modells für die integrierte Simulation der europäischen Übertragungsnetze und Strommärkte

AU - Rathke, Christian

N1 - Dissertation

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die Liberalisierung der Elektrizitätsmärkte und die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien führen aktuell zu tiefgreifenden Veränderungen der gesamten europäischen Elektrizitätswirtschaft. Insbesondere die Übertragungsnetzbetreiber stehen vor der Herausforderung, auch zukünftig einen stabilen und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten. Um den aus einer weitreichenden Veränderung der Erzeugerstruktur resultierenden Anstieg großräumiger Leistungstransite zu beherrschen, ist ein umfangreicher Ausbau der Übertragungsnetze notwendig, da diese für die veränderte Lastflusssituation ursprünglich nicht konzipiert wurden. Nur so können Netzüberlastungen vermieden und die hieraus resultierenden Beschränkungen für den grenzüberschreitenden Stromhandel abgebaut werden.In dieser Arbeit wird detailliert die Entwicklung eines gesamteuropäischen, integrierten Netzund Strommarktsimulators vorgestellt. Hierzu wird zunächst ein Überblick über die heutige Struktur der europäischen Elektrizitätswirtschaft gegeben und anschließend auf den Aufbau der Übertragungsnetze, die eingesetzten Betriebsmittel und verschiedene Methoden der Leistungsfluss- und Kurzschlussberechnung eingegangen. Weiterhin werden in den nachfolgenden Kapiteln Modelle zur Bestimmung lokaler Verbraucherlasten und für die Kraftwerkseinsatzplanung vorgestellt. Hieraus wird ein vollständiges Modell der europäischen Elektrizitätswirtschaft abgeleitet und dessen Funktionsumfang anschließend anhand einiger beispielhafter Simulationsergebnisse dargestellt.Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug ermöglicht die Berechnung realitätsnaher Kraftwerksfahrpläne und der hieraus resultierenden physikalischen Auswirkungen auf die Übertragungsnetze. Es vereinigt hierzu eine zeitreihenbasierte Simulation des Elektrizitätsmarktes mit einer detaillierten Nachbildung des europäischen Übertragungsnetzes. Die hohe Detaillierung ermöglicht die Durchführung einer vollständigen Leistungsflussberechnung mit dem Newton-Raphson-Algorithmus, mit der sowohl die Wirkleistungs- als auch die Blindleistungsflüsse bestimmt werden können. Die Ergebnisse der Leistungsflussberechnung bilden die Basis für weitere Berechnungen (z. B. Kurzschlussstromberechnungen) und die Bestimmung bzw. Beurteilung von möglichen Netzausbaumaßnahmen. Ein wesentlicher Bestandteil der Strommarktsimulation ist auch die Berücksichtigung des internationalen Stromhandels. Dieser führt zu einem komplexen Optimierungsproblem mit Randbedingungen, welches in dieser Arbeit über eine evolutionäre Strategie gelöst wird.Da das Modell vollständig auf der Basis von öffentlich zugänglichen Daten erstellt wurde, bildet es zukünftig eine Plattform für die weitere wissenschaftliche Forschung an der Leibniz Universität Hannover mit denen zusätzliche, über diese Arbeit hinausgehende Aspekte (z. B. Stabilitätsberechnungen oder eine Berücksichtigung dynamischer Vorgänge), untersucht werden können.

AB - Die Liberalisierung der Elektrizitätsmärkte und die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien führen aktuell zu tiefgreifenden Veränderungen der gesamten europäischen Elektrizitätswirtschaft. Insbesondere die Übertragungsnetzbetreiber stehen vor der Herausforderung, auch zukünftig einen stabilen und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten. Um den aus einer weitreichenden Veränderung der Erzeugerstruktur resultierenden Anstieg großräumiger Leistungstransite zu beherrschen, ist ein umfangreicher Ausbau der Übertragungsnetze notwendig, da diese für die veränderte Lastflusssituation ursprünglich nicht konzipiert wurden. Nur so können Netzüberlastungen vermieden und die hieraus resultierenden Beschränkungen für den grenzüberschreitenden Stromhandel abgebaut werden.In dieser Arbeit wird detailliert die Entwicklung eines gesamteuropäischen, integrierten Netzund Strommarktsimulators vorgestellt. Hierzu wird zunächst ein Überblick über die heutige Struktur der europäischen Elektrizitätswirtschaft gegeben und anschließend auf den Aufbau der Übertragungsnetze, die eingesetzten Betriebsmittel und verschiedene Methoden der Leistungsfluss- und Kurzschlussberechnung eingegangen. Weiterhin werden in den nachfolgenden Kapiteln Modelle zur Bestimmung lokaler Verbraucherlasten und für die Kraftwerkseinsatzplanung vorgestellt. Hieraus wird ein vollständiges Modell der europäischen Elektrizitätswirtschaft abgeleitet und dessen Funktionsumfang anschließend anhand einiger beispielhafter Simulationsergebnisse dargestellt.Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug ermöglicht die Berechnung realitätsnaher Kraftwerksfahrpläne und der hieraus resultierenden physikalischen Auswirkungen auf die Übertragungsnetze. Es vereinigt hierzu eine zeitreihenbasierte Simulation des Elektrizitätsmarktes mit einer detaillierten Nachbildung des europäischen Übertragungsnetzes. Die hohe Detaillierung ermöglicht die Durchführung einer vollständigen Leistungsflussberechnung mit dem Newton-Raphson-Algorithmus, mit der sowohl die Wirkleistungs- als auch die Blindleistungsflüsse bestimmt werden können. Die Ergebnisse der Leistungsflussberechnung bilden die Basis für weitere Berechnungen (z. B. Kurzschlussstromberechnungen) und die Bestimmung bzw. Beurteilung von möglichen Netzausbaumaßnahmen. Ein wesentlicher Bestandteil der Strommarktsimulation ist auch die Berücksichtigung des internationalen Stromhandels. Dieser führt zu einem komplexen Optimierungsproblem mit Randbedingungen, welches in dieser Arbeit über eine evolutionäre Strategie gelöst wird.Da das Modell vollständig auf der Basis von öffentlich zugänglichen Daten erstellt wurde, bildet es zukünftig eine Plattform für die weitere wissenschaftliche Forschung an der Leibniz Universität Hannover mit denen zusätzliche, über diese Arbeit hinausgehende Aspekte (z. B. Stabilitätsberechnungen oder eine Berücksichtigung dynamischer Vorgänge), untersucht werden können.

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