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

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.