Erforschung und Entwicklung eines Konzeptes zur wirtschaftlich optimalen Steuerung und Stabilisierung regenerativ gespeister, umrichterbasierter Stromnetze
Inselnetze, die nicht ans Verbundnetz angeschlossen sind, stehen vor der Herausforderung, einen stabilen und zugleich wirtschaftlich optimalen Betrieb bei hohem Anteil erneuerbarer Energien sicherzustellen. Während die äußeren Bedingungen für eine regenerative Energieversorgung häufig günstig sind, wird zur Gewährleistung der Netzstabilität bislang vielfach weiterhin auf konventionelle Erzeugungseinheiten mit Synchrongeneratoren zurückgegriffen. Steigende Kosten fossiler Energieträger erhöhen den Druck, alternative Betriebsstrategien zu entwickeln.
Vor diesem Hintergrund wird in diesem Forschungsprojekt ein bestehendes Energiemanagementsystem (EMS) für elektrische Insel- und Industrienetze weiterentwickelt, das einen sicheren und wirtschaftlich optimalen Netzbetrieb bei möglichst hoher Ausnutzung erneuerbarer Energien und effizientem Lastmanagement ermöglicht. Das bestehende EMS wurde in einem vorangegangenen Projekt entwickelt, das auf der Insel Suðuroy der Faröer Inseln erprobt wurde.
Ein Ziel des Projekts ist die Erweiterung bestehender EMS-Strukturen, um verkürzte Rechenzeiten, eine dezentrale bzw. hierarchische Architektur und damit eine hohe Skalierbarkeit für größere und komplexere Netze zu erreichen. Aufbauend auf bisherigen modellprädiktiven Ansätzen werden insbesondere Reinforcement-Learning-basierte Verfahren zur Sollwertvorgabe von Wirk- und Blindleistungen sowie von Spannungszeigern entwickelt und evaluiert. Dadurch soll eine schnellere Entscheidungsfindung ermöglicht werden, die gleichzeitig wirtschaftliche Optimierung und Netzstabilitätskriterien berücksichtigt.
Das hierarchisch aufgebaute Regelungssystem soll so konzipiert werden, dass eine Übertragbarkeit des Systems auf unterschiedliche Netzstrukturen und Anwendungsfälle sichergestellt ist. Neben Labor- und Simulationsuntersuchungen wird das erweiterte Energiemanagementsystem auch unter realen Bedingungen erprobt.
Neben der weiteren Erprobung auf der Insel Suðuroy ist ein praktischer Anwendungsfall das industrielle Energienetz der Salzgitter Flachstahl GmbH. Dort soll das EMS eingesetzt werden, um energieintensive Produktionsprozesse, wie Warmwalzwerke, Hochöfen und Legierungsanlagen, optimal mit dem werkseigenen Kraftwerk zu koordinieren. Ziel ist es, den elektrischen Energiebezug am Netzanschlusspunkt zu glätten, Lastspitzen zu reduzieren und bestehende Netzprobleme, insbesondere Oberschwingungen, zu analysieren und zu minimieren. Die Untersuchungen dienen zugleich als Praxistest für die entwickelte EMS-Erweiterung und liefern wertvolle Erkenntnisse für den Einsatz in weiteren Industrie- und Inselnetzen.