Forschungsprojekt Opti-VNL

Optimierte Verfahren zur Prognose vertikaler Netzlast unter Nutzung von maschinellem Lernen

Credit:

BMWE

Der stabile Betrieb von Stromnetzen ist komplex, da die Belastung einzelner Stromleitungen aufgrund der eingesetzten fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen nur schwer vorherzusagen ist. Dies kann dazu führen, dass erneuerbare Energieanlagen in unnötig hohem Maße abgeregelt oder teure Kraftwerkskapazitäten kurzfristig eingeschaltet werden müssen, um das Netz stabil zu halten (sog. Redispatch, also systemstabilisierende Anpassung des Kraftwerkseinsatzes). Vor diesem Hintergrund setzt das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt Opti-VNL auf eine verbesserte Prognose der vertikalen Netzlast, also der Auslastung der Transformatoren, die die verschiedenen Spannungsebenen des Stromnetzes miteinander verbinden (VNL = Vertikale Netzlast). Damit leistet das Projekt einen Beitrag zur effizienteren Nutzung erneuerbarer Energien und zur Stabilisierung des Stromnetzes.

Forschungsprojekt Opti-VNL

 

Laufzeit

April 2025 bis März 2028

Förderung durch

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeteiligte

  • Institut für Vernetzte Energiesysteme
  • Institut für Solarforschung
  • EWE Netz GmbH
  • Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
  • Universität Oldenburg
  • Westnetz GmbH (assoziiert)

Konkret geht es im Projekt Opti-VNL um die Entwicklung neuartiger Methoden des maschinellen Lernens zur Kurzfrist-Prognose der vertikalen Netzlast mit integrierter Unsicherheitsmodellierung. Ziel ist es, nicht nur auf Einspeisefluktuationen, sondern auch auf Strukturumschaltungen und Fehlerzustände schnell reagieren zu können und somit unnötige Abregelung erneuerbarer Energiequellen zu vermeiden. Zu Beginn des Projekts werden Referenzmodelle entwickelt, die die Grundlage für die vergleichende Gegenüberstellung der entwickelten Lösungsansätze für die Modellierung und Prognose der vertikalen Netzlast darstellen. Im Anschluss geht es darum, bestehende Prognosemethoden auf ihre Erweiterbarkeit um Unsicherheitsmodelle hin zu untersuchen und neue Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten, insbesondere solcher aufgrund von Wetterszenarien, zu erarbeiten und zu implementieren.

Reale Ausgangsdaten, die die Projektbeteiligten aus der Industrie zur Verfügung stellen, werden unter Berücksichtigung der Unsicherheitsbewertung und -propagation in die Zustandsbewertung des Netzes einbezogen. Dabei wird untersucht, welche Auswirkungen die Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energiequellen im betrachteten Netzgebiet auf die VNL-Prognose haben könnte. In einer Fallstudie soll der erweiterte Nutzen der so verbesserten VNL-Prognose für eine Engpassprognose demonstriert werden. Im letzten Schritt erfolgt die anwendungsnahe Implementierung der erarbeiteten Methoden in einer Toolbox, die Netzbetreiber zukünftig bei der Netzführung und in ihren Redispatch-Prozessen unterstützen soll.

Die Bewertung des Betriebs in den Netzebenen erfolgt maßgeblich durch das Institut für Vernetzte Energiesysteme. Die Arbeiten liegen zum einen in der Modellierung und Simulation zur Vorhersage von Engpässen in vorgelagerten 110-kV-Netzen und der optimierten Abregelung von Erneuerbare-Energie-Anlagen. Zum anderen geht es darum, meteorologische Daten aufzuarbeiten, Anpassungen der Methodik zu bearbeiten und die Simulationsergebnisse für die Verwendung in der VNL-Prognose zu analysieren. In Zusammenarbeit mit den Industriebeteiligten im Projekt soll zudem ein Monitoringsystem zur VNL-Prognose in sich ändernden Wetterlagen entwickelt werden. Dazu optimiert das Projektteam des Instituts kamerabasierte und Satellitenbild-gestützte Methoden und vergleicht diese mit herkömmlichen, auf Wettermodellen basierenden Prognosen. Der Vergleich fokussiert dabei die Wettersituationen, die anfänglich als relevant für den Redispatch identifiziert wurden. Für die Bewertung des technischen und ökonomischen Nutzens der neuen Prognosen wird das Institut für Vernetzte Energiesysteme abschließend geeignete Metriken definieren, aus denen sich der Einfluss von Kürzestfrist-Vorhersagen der PV-Erzeugung auf darauf basierende VNL-Prognosen ableiten lässt.

Forschungsinfrastruktur

Wolkenkamera-Netzwerk Eye2Sky

Mit Eye2Sky können Kurzfristvorhersagen zur Sonneneinstrahlung in einzigartiger räumlicher und zeitlicher Auflösung erstellt werden. Diese Daten können u.a. zur Stabilisierung der Stromnetz genutzt werden.

Abteilungen, Forschungsgruppen und Handlungsfelder mit Bezug zum Projekt Opti-VNL:

Abteilung

Energiesystemtechnologie

Die Abteilung Energiesystemtechnologie fokussiert sich auf die Interaktion zwischen systemrelevanten Technologien innerhalb dezentraler vernetzter Strukturen, insbesondere auf der Nieder- und Mittelspannungsebene.

Abteilung

Energiesystemanalyse

Die Abteilung Energiesystemanalyse generiert systemanalytisches Wissen, welches wir sektorenübergreifend bis hin zur globalen Ebene und basierend zum Teil auf eigenentwickelten Methoden und Modellierungstools bereitstellen.

Forschungsgruppe

Flexibilitäten und Systemdienstleistungen

Die Forschungsgruppe Flexibilitäten und Systemdienstleistungen befasst sich mit der Frage, welche Werkzeuge, Betriebsführungsstrategien und zusätzliche Infrastrukturen erforderlich sind, um Stromnetze stabil, zuverlässig und robust betreiben zu können.

Forschungsgruppe

Netztechnologie

Die Forschungsgruppe Netztechnologie bildet das komplexe Zusammenspiel zwischen Erzeuger- und Abnehmerseite in intelligent gesteuerten Smart Grids im Labor ab, um dessen Funktionsweise auf Soft- und Hardwareebene zu verstehen und zu optimieren.

Forschungsgruppe

Energiemeteorologie

Die Forschungsgruppe Energiemeteorologie analysiert, wie sich verschiedene Beobachtungssysteme und numerische Modelle methodisch optimieren lassen. Dazu betreiben wir eigene Messnetze zur boden- und satellitengestützten Erhebung energiemeteorologischer Daten, um optimale Informationen für die Energieversorgung bereitzustellen.

Handlungsfeld

Strategien für nachhaltige Energiesysteme

Die Energiewende ist ein dynamischer Prozess, der fortlaufend an neue Einflüsse wie technische Innovationen oder gesellschaftlich ausgehandelte Rahmenbedingungen angepasst werden muss.

Handlungsfeld

Ausgleich von Energieangebot und Energienachfrage

Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles Energiesystem. Weil die dominierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem jedoch stark wetterabhängig – und damit nicht zeitunabhängig verfügbar – sind, müssen wir gänzlich neue Konzepte der Systemregelung entwickeln, um Bedarf und Verfügbarkeit in Einklang zu bringen.

Handlungsfeld

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.

Kontakt

Flexibilitäten und Systemdienstleistungen

Forschungsgruppe
Institut für Vernetzte Energiesysteme

Netztechnologie

Forschungsgruppe
Institut für Vernetzte Energiesysteme

Energiemeteorologie

Forschungsgruppe
Institut für Vernetzte Energiesysteme