Herausforderungen und Chancen
Q-Management in der Netzplanung
Hintergrund
Bei der langfristigen Blindleistungsplanung geht es um die Vorhaltung ausreichender Q-Kapazitäten, um die Spannungsstabilität in einem Netz technisch effizient und volkswirtschafltich kostengünstig zu gewährleisten
Problemstellung
für zwei Dimensionen:
- Q-Quellen: Durch die Energiewende ändern sich die Blindleistungskapazitäten im Netz: weniger zentrale, hochverfügbare Q-Quellen im Übertragungsnetz, dafür dezentrale, volatile Q-Quellen im Verteilungsnetz
- Q-Senken: Änderung der Anzahl und des Q-Verhaltens von Netzbetriebsmitteln z. B. aufgrund klassischer Netzverstärkungs- und Ausbaumaßnahmen oder durch Höherauslastungen infolge von betrieblichen Konzepte, wie beispielsweise der Witterungsabhängigen Freileitungsbetriebs (WAFB)
Technische Herausforderungen bei der Bestimmung zusätzlicher Q-Kapazitäten
- Planung soll auf breiter und plausibler Datenbasis erfolgen und für eine gewisse Anzahl von NNF und Fehlerzuständen ausgelegt werden
- Typisches Optimal-Power-Flow (OPF)-Problem (stochastisches, nichtlineares, gemischt-ganzzahliges, nicht differenzierbares Optimierungsproblem)
- Mit heutigen Algorithmen und Rechenleistungen kann kein globales Optimum für solche OPF-Probleme garantiert werden
- Besondere Herausforderung durch kombinatorische Natur des Optimierungsproblems: binäre bzw. ganzzahlige Entscheidungsvariablen für Investitionsentscheidungen bzw. diskret steuerbare Q-Quellen
- Optimierungsprobleme in Netzen mit von mehreren hunderten Knoten und tausenden NNF erreichen schnell Problemgrößen mit > 10^3 Binärvariablen und >10^6 kontinuierlichen Variablen und Nebenbedingungen à aufwendige Berechnungen mit „guter Hardware“
- Näherungen über Modellvereinfachungen (Linearisierungen) und/oder metaheuristischen Verfahren (z. B. Genetische oder Schwarmbasierte Suchalgorithmen)
Lösungsansatz: Entwicklung eines modularen, iterativen Q-Netzplanungsprozesses
- Zweistufiger Ansatz nach NOVA-Prinzip: Zuerst optimale Ausnutzung bestehender Q-Potenziale installierter Q-Quellen vor Installation zusätzlich erforderlicher Q-Kapazitäten zur Deckung der defizitären Bedarfe
- Berücksichtigung der Dynamik: Unterschiedliche zeitliche Anforderungen hinsichtlich der Bedarfsdeckung (stationäre, quasistationäre und quasidynamische Bedarfe)
Die große Chance
Ein optimierungsbasiertes Q-Planungsverfahren ermöglicht eine Entscheidungsunterstützung in der Netzplanung, indem es techno-ökonomisch „optimale“ knotenscharfe Platzierungs-, Typisierungs- und Dimensionierungsvorschläge zusätzlich erforderlicher Q-Kapazitäten berechnen kann, die auf einer breiten Analysebasis fußen.
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Autor und Ansprechperson
Personen
M.Sc. Johannes Rauch
Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES), Projekt "Q-INTEGRAL", Mitglied des Fakultätsrates