Dynamische Wasserkraftmodellierung für Deutschland : ein Optimierungsmodell

Abstract

Um die gesetzten Ziele der Steigerung des Einsatzes sauberer Energieerzeugung zu erreichen, wird der Bau erneuerbarer Erzeugungsanlagen immer mehr forciert. Dabei wird viel Potential im Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen gesehen und dementsprechend gehandelt. Die damit einhergehenden und auftretenden Herausforderungen bestehen in der Netzintegration der stark fluktuierenden und schlecht prognostizierbaren Energieerzeugung.<br />Vielerlei Strategien zur Lösung der Probleme müssen dadurch in Angriff genommen werden. Sie betreffen Speichertechnologien, Maßnahmen der Netzveränderung, Verbrauchermanagement, Erzeugungsmanagement und Energiemarktentwicklungen.<br />Um diese Sachverhalte und Lösungsvorschläge zu analysieren, wurde das Optimierungsmodell HiREPS am Institut für Energiesysteme und elektrische Anlagen der TU Wien entwickelt. Es bietet die Möglichkeit, erneuerbare Energieerzeuger, Speichertechnologien, konventionelle Kraftwerke, Lastflüsse im Übertragungsnetz zu abstrahieren und Simulationen in stündlicher Auflösung durchzuführen. Historische Wetterdaten dienen als Grundlage um zukünftige Szenarien zu untersuchen. Im Rahmen des AutRES100 Projekts werden dazu genaue Daten mehrerer Länder Europas gesammelt und in das Modell eingefügt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Optimierungsmodell der Wasserkraft Deutschlands aufgebaut. Alle notwendigen Daten sämtlicher deutschen Wasserkraftwerke mit einer Mindestgröße von 5 MW wurden dazu ermittelt.<br />Um das Wasserdargebot nachzustellen, wurden umfangreiche Abflusswasserzeitreihen ausfindig gemacht und in das Modell eingebettet.<br />Der Recherchezeitraum beschränkt sich dabei auf die Jahre 2003 bis 2009.<br />Durch umfangreiche Simulationsläufe wurde die Interaktion verschiedener Wasserkraftwerke (Pumpspeicher und Laufwasserkraftwerke) mit dem Spotmarkt untersucht. In der ersten Simulationsphase wurden die aufgenommenen und weiterverarbeiteten Daten auf Vollständigkeit, Fehlerfreiheit und Plausibilität geprüft. Bis auf die durch Abstrahierung entstandenen kleinen, nachweisbaren Abweichungen wurde die Korrektheit bewiesen. Im zweiten Schritt der Simulationsphase wurde der Schwellbetrieb von Laufwasserkraftwerken untersucht. Der besondere Fokus lag auf der Analyse der Auswirkungen eines Betriebs der Lech Kraftwerke als Schwellkette. Abschließend wurde der Einfluss eines vollständigen Schwellbetriebs der aufgenommenen Laufwasserkraftwerke untersucht und das theoretische Potential, einen möglichen Beitrag zur künftigen Netzstabilisierung zu liefern, nachgewiesen.<br />

To reach the set targets of a clean energy production in future the construction of renewable power plants is hugely forced. Therefore a big potential is seen in solar and wind energy. Upcoming tasks concerning this trend are how to adapt the power system for integrating a high share of this most fluctuating and hardly prognosticating type of energy production. A lot of different strategies related to the head topics storage technologies, grid optimization, flexible generation and demand management have to be minded and followed. For analysing and answering all these arising questions the optimization model HiREPS was developed at the Institute of Energy Systems and Electrical Drives of the Technical University of Vienna. The model includes detailed modelling of variable renewables, conventional power plants, different storage options, load flow in transmission grids and intelligent load response options. High resolution historical weather data is employed to investigate simulated future scenarios. During the AutRES100 project the required data of many different European countries is gathered and integrated into the model.<br />The aim of this thesis was to model the hydro power of Germany and to do simulations and analyses concerning their interactions with the spot market. All necessary data of the complete big German hydro power plants (>5MW) were identified and collected. To construct the supply of water quantity extensive discharge tables in a high resolution were recorded for the years 2003 to 2009.<br />Through extensive simulation runs the functions and interactions of different water power plants was inspected. During a first simulation phase basic simulations were done to verify and prove the correctness and completeness of all collected and processed data. In a second simulation step the influence of hydropeaking was investigated. The main focus was the analysis of prosecuting all plants of the river Lech in hydropeaking mode. Finally the influence of a full hydropeaking operation of all recorded run off power plants was investigated. Moreover the theoretical potential of its stabilizing impact on the power grid was evidenced.<br />