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Netzmanagement: Strom-, Gas- und Wärmenetze
Integrierte Netzbetriebsführung – Systemdienstleistungen
Damit Energie nicht nur bilanziell, sondern auch real zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung steht, müssen Strom-, Gas- und Wärmenetze im Hinblick auf kommende Herausforderungen analysiert, in ihrer Betriebsführung angepasst, infrastrukturell modernisiert und erweitert werden. Deshalb entwickelt das Institut für Vernetzte Energiesysteme Konzepte und technische Lösungen, um die Auslegung und den Betrieb von gekoppelten und interagierenden Strom-, Gas- und Wärmenetzen zu optimieren. Hierfür führen wir zum einen Untersuchungen mit realen Energieflüssen in unseren elektrotechnischen und wasserstoffbasierten Laboren durch. Zum anderen fußt unsere Forschung auf Modellierungen und Simulationen in geeigneter Detailtiefe, für die wir neben kommerziellen Simulationswerkzeugen auch eigene Entwicklungen wie zum Beispiel die Open-Data-Modelle SciGRID_power und SciGRID_gas nutzen. Beides sind digitale Datenmodelle der europäischen Transportinfrastruktur, die das Institut öffentlich zur freien Nutzung bereitstellt.
Netzmanagement: Strom-, Gas- und Wärmenetze
Damit Energie nicht nur bilanziell, sondern auch real zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung steht, müssen Strom- und Gasnetze im Hinblick auf kommende Herausforderungen analysiert, in ihrer Betriebsführung angepasst, infrastrukturell modernisiert und teilweise erweitert werden.
Stromnetze
Im Bereich der elektrischen Stromnetze beschäftigen sich unsere Forschenden vor allem mit den technischen Herausforderungen, die sich durch steigende Dynamik und Dezentralität sowie durch neue regelbare Verbraucher wie Elektroautos ergeben. Wir erforschen neue Netztechnologien und -architekturen, betrachten deren Regelungen für Smart Grids und entwickeln Ansätze für die kurative Spannungshaltung in Verteilnetzen. Wir befassen uns mit der Netzintegration von Speicherkraftwerken und der Netzbetriebsführung auf Basis von Einspeise- und Verbrauchsprognosen, mit dezentralen Anlagenregelungen auf der Basis von künstlicher Intelligenz und der Ausgestaltung des Portfolios von Systemdienstleistungen für einen robusten Betrieb. Dabei betrachten wir alle Netzebenen von der Verteilnetzebene bis zur Übertragungsnetzebene. Für diese Arbeiten bietet unser Emulationslabor für sektorengengekoppelte Stromnetze DLR_NESTEC optimale Forschungsbedingungen. Das Labor erlaubt eine echtzeitfähige Untersuchung komplexer Strukturen in Niederspannungsnetzen, so dass wir mögliche Lösungen direkt am Institut auf ihre technische Realisierung hin testen können.
Gasnetze
In diesem Feld widmen wir uns der Frage, wie die vorhandene Gasnetz-Infrastruktur unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten mit Wasserstoff betrieben werden kann. Wir erforschen dies mit hohem Praxisbezug in zahlreichen Drittmittelprojekten im Austausch mit Vertretern aus Wirtschaft und Wissenschaft. Wir entwickeln Modelle, die die reale Infrastruktur aus Elektrolyseuren, Pipelines, Verdichtern, Reinigungsanlagen und Speicherkavernen realitätsnah abbilden und eine dynamische Gasnetzsimulation erlauben. Mit Hilfe eigenentwickelter Zeitreihen zu Angebot und Bedarf von Wasserstoff lassen sich hierfür dynamische Betriebsführungen und erforderliche Speicherkapazitäten berechnen.
Eine besondere Herausforderung liegt in der Kopplung jener Strom- und Gasnetze, die über nichtlineare und zeitvariante Prozesse wie zum Beispiel Elektrolyseure oder Rückverstromungskraftwerke miteinander interagieren. Dieses Kopplungsverhalten hat einen großen Einfluss sowohl auf die Betriebsführung als auch auf die Anlagenauslegung.
Wärmenetze
Im Vergleich zu dezentralen Heizsystemen ermöglichen Wärmenetze insbesondere in dichtbesiedelten Regionen eine effiziente Energienutzung. Vor diesem Hintergrund ermitteln wir, welche Potenziale Wärmenetze für die Wärmebereitstellung in Quartieren und Liegenschaften besitzen und wie bestehende Wärmenetze auf erneuerbare Energien umgestellt werden können. Zudem analysieren wir, welche Betriebsführung zu optimalen Ergebnissen führt. Für die Erhebung des Ist-Zustands setzen wir auf datenbasierte Modelle, die mit minimalem Aufwand und leicht verfügbaren Daten gute und nachvollziehbare Ergebnisse erzielen. Mit diesen Modellen lassen sich mögliche Transformationsstrategien wie zum Beispiel die Absenkung des Temperaturniveaus durch Maßnahmen an angeschlossenen Gebäuden oder Einzelkomponenten des Wärmenetztes evaluieren.
Wir entwickeln Technologien und Betriebsführungskonzepte, um bei zunehmender Dynamik und Dezentralität des Energiemanagements auch die Netzbetriebsführung stabil zu gestalten.
Weitere Handlungsfelder am Institut für Vernetzte Energiesysteme
Aktuelle Forschungsprojekte aus dem Handlungsfeld Netzmanagement: Strom-, Gas- und Wärmenetze
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