Kraftwerkseinsatzoptimierung der Schweiz : Wasserkraft als Schlüsselelement

Abstract

Steigende Brennstoffpreise, die offensichtlichen Klimaveränderungen sowie die Gefahren der Kernenergie führen zu einem neuen Umwelt- und Energiebewusstsein. Dabei spielen Erneuerbare Energien wie Windenergie und Photovoltaik eine wesentliche Rolle. Die Netzintegration der stark schwankenden und schlecht prognostizierbaren Elektrizitätserzeugung stellt jedoch die Energieunternehmen vor große Herausforderungen. Zum Ausgleich der schlecht vorhersagbaren Elektrizitätsproduktion der Erneuerbaren Energien bedarf es neuer Konzepte und eines ausgeklügelten europaweiten Kraftwerkseinsatzes. Um die Bedingungen und die Auswirkungen eines erhöhten Anteils an erneuerbaren Energieträgern zu analysieren, wurde am Institut für Energiesysteme und elektrische Antriebe der Technischen Universität Wien unter dem Projekttitel AutRES100 das Optimierungsmodell HiREPS entwickelt. Das Kraftwerkseinsatzoptimierungsprogramm erlaubt die Untersuchung verschiedenster Energieerzeugungen, eventueller Speicherausbaumöglichkeiten und der Energieübertragungsnetze. Für dieses stündlich auflösende Modell werden genaue Daten der einzelnen Kraftwerke und der zugehörigen Anlagen gesammelt und verarbeitet. Historische Wetterdaten und Energiepreise ermöglichen eine realitätsnahe Analyse bestehender Kraftwerksparks sowie die Untersuchung möglicher Zukunftsszenarien. Diese Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit der Einsatzoptimierung der Schweizer Wasserkraftwerke. Dabei wurden alle modellrelevanten technischen, hydrologischen und geografischen Daten der Kraftwerke und deren zugehörigen Gewässern ermittelt. Einer der Hauptpunkte war die genaue Nachbildung des Kraftwerkseinsatzes, zu dem hochauflösende Abflusszeitreihen der letzten Jahrzehnte implementiert wurden. Umfangreiche Simulationen des Spotmarktpreises und eines speziellen Zukunftsszenarios mit 90 prozentiger Dekarbonisierung sollen den fluktuierenden Einsatz der Wasserkraftwerke der Schweiz genauer zeigen. Dabei konnte der stärker fluktuierende Speicher- und Pumpspeichereinsatz bei erhöhtem Anteil der Erneuerbaren Energien gezeigt werden.

Rising fuel costs, the obvious climate changes and the dangers of the nuclear power lead to a new energy and environmental awareness. Here, renewable energies like wind energy and photovoltaic play a major role. The grid integration of the greatly fluctuating and poorly predictable electricity generation however provides significant challenges for the energy companies. To compensate the poorly predictable electricity production of renewable energies some new concepts and a sophisticated usage of the power plants are required. To analyze the conditions and the impact on an increased proportion of renewable energy sources, the optimization model HiREPS was developed at the Institute of Energy Systems and Electrical Drives of the Technical University of Vienna under the project title AutRES100. The power plant operation optimization program allows the investigation of different energy types, possible memory expansion options and the energy transmission networks. For this model with hourly resolution, accurate data of individual power plants and corresponding facilities are collected and processed. Historical weather data and energy prices enable a realistic analysis of existing power plants and possible future scenarios. This paper deals mainly with the optimisation of the Swiss hydropower plants. For this model all relevant technical, hydrological and geographical data of the power plants and their associated waters were determined. One of the main points was the exact reproduction of the power plant utilization, also high-resolution drain time series of recent decades have been implemented. Extensive simulations of the spot market price and a specific future scenario with 90 percent decarbonisation should show the fluctuating operation of hydropower plants of Switzerland more accurately. Here, the more fluctuating storage and pumped storage operation at increased share of renewable energies could be demonstrated.