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Energie-Allianz

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Helmholtz-Energie-Allianz:
Technologien für das zukünftige Energienetz


Kontaktperson: Sebastian KochanneckChristian Hirsch

http://www.helmholtz.de/helmholtz_zentren_netzwerke



Projektstatus: abgeschlossen


Beschreibung

Der Entwurf und die Gestaltung des zukünftigen Energieversorgungssystems gehören zu den großen Herausforderungen unserer Gesellschaft. Eine Verringerung der CO2-Emissionen ist notwendig, um die drohende globale Klimaveränderung abzuwenden. Bereits in der Vergangenheit führten monetäre Anreize und gesetzliche Regelungen weltweit zu einem steigenden Anteil an dezentral erzeugter Energie aus regenerativen Quellen, allen voran Wind- und Solarenergie. Aufgrund des international vereinbarten Ziels, dass die Industrieländer ihre Treibhausgas-Emissionen bis 2050 um mindestens 80% gegenüber dem Jahr 1990 reduzieren, muss die Energieversorgung zukünftig zu einem erheblichen Teil auf erneuerbaren Energien basieren. Der in Folge des Reaktorunfalls in Fukushima in Deutschland beschlossene Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie bis zum 2022 verstärkt und beschleunigt den grundlegenden Umbau der Energieversorgungssysteme. Die verstärkte Nutzung dezentraler Energieerzeugungseinheiten auf der Basis regenerativer Primärenergiequellen, deren CO2-Emissionen über den Lebenszyklus der Anlagen gering sind, ist die einzige Möglichkeit diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen.
Für das elektrische Energienetz haben diese Entwicklungen erhebliche Konsequenzen. Bisher erfolgte die Energieerzeugung in Europa nahe an den Verbraucherzentren hauptsächlich in mittleren und großen Kraftwerken mit Leistungen bis in den GW-Bereich. Ein Drehstromnetz mit unterschiedlichen Spannungsebenen stellt die Verbindung zwischen den Kraftwerken und den Verbrauchern her. Diese Situation ändert sich durch die Einbindung erneuerbarer Energiequellen. Große elektrische Energiemengen werden zukünftig in Off-Shore-Windkraftwerken erzeugt. Dies erfordert den Transport der Energie in die Verbraucherzentren, z. B. ins Ruhrgebiet und in den Süden Deutschlands. Hinzu kommen viele kleine dezentrale Energieerzeugungsanlagen, wie z. B. Photovoltaikanlagen (PV), kleinere Windenergie- und Biomasseanlagen, die ins Verteilnetz einspeisen und dort – mindestens zeitweise – lokal für eine Umkehrung des Leistungsflusses und für Spannungsschwankungen sorgen, welche die Stabilität des Energienetzes gefährden. Die Verteilnetze sind dafür nur bedingt ausgelegt und bewältigen in bestimmten Regionen den geplanten Zubau an Windenergie- und PV-Anlagen bereits heute nicht mehr ohne Ausbaumaßnahmen.

Eine zukünftige Stromerzeugung mit einem hohen Anteil kleiner bis großer dezentraler volatiler Erzeuger in Verbindung mit (zunehmend weniger) thermischen Großkraftwerken erfordert neue Technologien im Hinblick auf die Systemführung der Erzeuger, der Speicher- systeme und der Verbraucher. Insbesondere muss bei der Systemführung das Prinzip der verbrauchsgesteuerten Erzeugung durch das neue Paradigma des erzeugungsgesteuerten Verbrauchs ergänzt werden. Das Energiesystem der Zukunft wird deshalb weit mehr als bisher auf Informationen über den aktuellen und zu erwartenden Zustand der Energienetze und ihrer Komponenten und deren intelligente Verknüpfung angewiesen sein. Aufgrund der Vielzahl der Akteure (Energieerzeuger, Speicher, aktive Netzkomponenten und Verbraucher) scheidet eine zentrale Steuerung aller Anlagen aus.

Inhalte der Energie-Allianz

Inhaltlich werden in der Helmholtz-Energie-Allianz folgende Forschungsschwerpunkte betrachtet:

    • Systemführung im Verteilnetz (Monitoring im Verteilnetz, Technologien zur Systemführung im Verteilnetz)
    • Systemführung und Stabilität eines AC/DC-Hybrid‐Transportnetzes (Design und Systemführung von HVDC‐Netzen, Stabilität des Transportnetzes, neuartige Netzbetriebsmittel)
    • Integration von Speichern in ein zukünftiges Energienetz (Kopplung von Strom- und Gasnetzen, Integration von Speichersystemen in das elektrische Energienetz)
    • Vergleichende Technologiebewertung (Ökonomische Bewertung neuer Technologien und Ableiten von Handlungsempfehlungen)

Forschungsinhalte im AIFB

Anwendung von Verfahren und Architekturen des Autonomic und Organic Computing zur Unterstützung einer „gesteuerten Selbstorganisation“ in der Systemführung von energetischen Verteilnetzen unter Berücksichtigung von technischen Restriktionen.


Involvierte Personen
Christian HirschSebastian KochanneckHartmut Schmeck


Informationen

von: 1 Januar 2013
bis: 31 Dezember 2015
Finanzierung: Helmholtz-Gemeinschaft


Forschungsgruppe

Effiziente Algorithmen


Forschungsgebiet

Energieinformatik





Publikationen zum Projekt
 - book
 - booklet
 - proceedings
 - phdthesis
 - techreport
 - deliverable
 - manual
 - misc
 - unpublished






article
Ingo Mauser, Jan Müller, Florian Allerding, Hartmut Schmeck
Adaptive Building Energy Management with Multiple Commodities and Flexible Evolutionary Optimization
Renewable Energy, 87, Part 2, Seiten 911-921, 2016
(Details)

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inproceedings
Sebastian Kochanneck, Christian Hirsch, Ingo Mauser, Hartmut Schmeck, Malte Schröder
Bottom-Up Simulation of Suburban Power Grids
ETG Congress 2015 – Die Energiewende, ETG
(Details)

Ingo Mauser, Christian Hirsch, Sebastian Kochanneck, Hartmut Schmeck
Organic Architecture for Energy Management and Smart Grids
Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Autonomic Computing (ICAC 2015), Seiten: 101-108, IEEE, Juli, 2015
(Details)

Fabian Rigoll, Christian Hirsch, Sebastian Kochanneck, Hartmut Schmeck, Ingo Mauser
A Privacy-Aware Architecture for Energy Management Systems in Smart Grids
In Bernady O. Apduhan and Yu Zheng and Yukikazu Nakamoto and Parimala Thulasiraman and Huansheng Ning and Yuqing Sun, 2014 IEEE International Conference on Autonomic & Trusted Computing, Seiten: 449-455, IEEE
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incollection
Jan Müller, Matthias März, Ingo Mauser, Hartmut Schmeck
Optimization of Operation and Control Strategies for Battery Energy Storage Systems by Evolutionary Algorithms
In Giovanni Squillero and Paolo Burelli, Applications of Evolutionary Computation, Seiten 507-522, Springer International Publishing, Lecture Notes in Computer Science, Vol.9597, 2016
(Details)

Ingo Mauser, Julian Feder, Jan Müller, Hartmut Schmeck
Evolutionary Optimization of Smart Buildings with Interdependent Devices
In Mora, Antonio M. and Squillero, Giovanni, Applications of Evolutionary Computation, Seiten 239-251, Springer International Publishing, Lecture Notes in Computer Science, Vol.9028, 2015
(Details)

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misc
Florian Allerding, Christian Beilmann, Wolfgang Breh, Judith Bremer, Joachim Fuchs, Christian Gitte, Julian Hess, Christian Hirsch, Thomas Kohl, Simon Loskyll, Jörg Sauer, Susann Schäfer, Katharina Schätzler, Hartmut Schmeck, Thomas Schulenberg, Olaf Wollersheim, Karl-Friedrich Ziegahn, Birger Becker, Sebastian Gottwalt, Alexander Schuller
Die Weiterentwicklung der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis 2025 unter Berücksichtigung der Liefer- und Preissicherheit
Studie im Auftrag der Baden-Württembergischer Industrie- und Handelskammertag, Januar, 2016
(Details)

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