Betriebsoptimierung verteilter Erzeuger, Speicher und Lasten im Niederspannungsnetz

Das effiziente, ökologische und wirtschaftliche Management zukünftiger Energiesysteme birgt bedeutende Herausforderungen. Ein zentrales Element hierbei ist die sichere und effektive Einbindung von erneuerbaren Energiequellen, Energiespeichern und steuerbaren Verbrauchern in das bestehende Energiesystem. Im Rahmen dieser Arbeit werden Ansätze zur Unterstützung dieser Integration vorgestellt, weiterentwickelt und gegenübergestellt.

Ein essenzieller Schritt hin zu einer bestmöglichen Integration erneuerbarer Energiequellen ist die Schaffung von Transparenz in den Energienetzen. Diese Transparenz ermöglicht es, den Fluss und die Verteilung von Energie im Netz präzise zu überwachen und zu steuern. In dieser Arbeit wird das Ziel der Netztransparenz mittels probabilistischer Lastflussmodelle und Leistungsprognosen adressiert. Insbesondere wird ein effizientes Modell für den Lastfluss unter Berücksichtigung der statistischen Unsicherheiten in Niederspannungsnetzen entwickelt und dessen Leistungsfähigkeit im Vergleich zu etablierten Ansätzen evaluiert.

Ein weiterer zentraler Aspekt bei der Integration erneuerbarer Energiequellen in das bestehende Energiesystem ist die Betriebsoptimierung verteilter Energieressourcen, zu denen Photovoltaikanlagen, Speichersysteme und Wärmepumpen gehören. ... mehrDas Hauptziel besteht darin, die vorhandenen Flexibilitätsressourcen im Netz effizient zu nutzen, wodurch Netzengpässe vermieden, Übertragungsverluste minimiert und ein stetiger Ausbau erneuerbarer Energien gewährleistet werden kann. Innerhalb dieses Rahmens werden unterschiedliche Strategien zur Betriebsoptimierung hinsichtlich ihrer Praktikabilität und Performance bewertet und kategorisiert. Besonderes Augenmerk wird zudem auf die Behandlung von Unsicherheiten in Mess- und Prognosedaten gelegt.

Um die Effektivität der betrachteten Ansätze und Algorithmen zu bewerten, wird ein Simulationsmodell entwickelt, das die Realität komplexer Energiesysteme abbildet. Es fasst mathematische Beschreibungen für die wichtigsten Elemente eines elektrifizierten Energiesystems in der notwendigen Detailtiefe zusammen. Insbesondere die Modelle für Batteriespeicher, Wechselrichter und PV-Anlagen wurden durch eine umfassende Validierung mittels Labor- und Feldmessungen verifiziert.

Als dritter zentraler Aspekt wird in der Arbeit der notwendige Infrastrukturausbau betrachtet, insbesondere wenn die Betriebsoptimierung allein nicht die gewünschten Ergebnisse erzielt.
Es werden sowohl für den Netzausbau als auch die Installation von Speichern zur Erhöhung der Flexibilität Optimierungsansätze vorgestellt und verglichen.