ReMaP Forschungsplattform für Multienergiesysteme
ReMaP-Ziele:
Das übergreifende Ziel des ReMaP-Projekts ist es, eine fortschrittliche Technologieplattform von nationaler und internationaler Relevanz zu entwerfen, zu bauen und einzusetzen, die zum Verständnis zukünftiger Energieversorgungssysteme beiträgt. Die spezifischen Ziele des Projekts sind:
- Akademische und industrielle Forscher in die Lage zu versetzen, die Leistung von Energieumwandlungs- und -speichertechnologien zu bewerten, die in intelligente Stromnetze mit fortschrittlichen Echtzeitmess- und -steuerungsmöglichkeiten eingebettet sind.
- Ausbildern ein einzigartiges Werkzeug zur Verfügung zu stellen, um die nächste Generation von Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern auszubilden, die benötigt wird, um das Energiesystem der Zukunft zu realisieren.
- Den praktischen Einsatz und die Vorteile von Energieumwandlungs- und -speichertechnologien in intelligenten Netzen den relevanten gesellschaftlichen Akteuren und Interessengruppen, insbesondere den kommunalen, kantonalen und föderalen Behörden sowie der allgemeinen Öffentlichkeit, zu demonstrieren.
Das multidisziplinäre Leitprojekt "Renewable Management and Real-Time Control Platform" (ReMaP) zielt darauf ab, den oben genannten Bedarf durch die Entwicklung einer flexiblen, hardware- und softwarebasierten Forschungsplattform zur Bewertung potenzieller Energiesystemlösungen für das Quartier der Zukunft zu erfüllen. ReMaP wird das Testen, Analysieren und Optimieren von Multi-Energie-Systemen auf der Verteilerebene ermöglichen, die Zusammenarbeit von multidisziplinären Forschungsteams aus Wissenschaft und Industrie fördern und eine Steuerungs- und Kommunikationsinfrastruktur für den gemeinsamen Betrieb von bestehenden Plattformen und Demonstratorstandorten bereitstellen.
Die Rolle von FEN: Verantwortlich für T3.8, Entwicklung des Simulation Framework.
Aufgabe 3.8: Die Ziele des Simulation Frameworks:
- die Modellierung und Simulation des betrachteten Systems mit verschiedenen, auch neu entwickelten Technologien zu ermöglichen;
- es zu ermöglichen, in integrierter Weise eine Vielzahl von unterschiedlichen Regelungs-/Betriebsstrategien zu simulieren, die typischerweise von unterschiedlichen Instanzen (z.B. einem Gebäudemanagementsystem, einem Energieversorger, einem Aggregator oder am lokalen Controller eines bestimmten Geräts) mit unterschiedlichen Regelungszielen durchgeführt werden;
- auf statische oder dynamische Weise verschiedene externe Effekte modellieren, die nicht Teil der Hauptsimulation sind (z. B. Zeitreihen der Endnachfrage und der Verfügbarkeit von EE-Strom, Ergebnisse von Marktclearing-Prozessen usw.);
- von einem "höherwertigen" Analysewerkzeug genutzt werden können, das z. B. eine Gesamtsystemauslegung/-planung oder eine Zuverlässigkeitsanalyse durchführt.
Es ist wichtig anzumerken, dass der entwickelte Simulation Framework darauf abzielt, sowohl die "Entscheidungslogik", die von verschiedenen Akteuren ausgeführt wird, als auch die "Hardware-Systemreaktion" (die sowohl die Reaktion einzelner Komponenten, wie z. B. eines BHKW, einer Batterie oder eines Elektrolyseurs, als auch die Reaktion der Verbundnetze, wie z. B. der Strom-, Gas- und Wärmenetze, umfasst) zu berücksichtigen.
Hintergrund für ReMaP
Die Integration von hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energiequellen und die Transformation der klassischen Rolle der Verbraucher zu "Prosumern" sind u.a. wesentliche Herausforderungen für die Energiesysteme der Zukunft. Insbesondere in Verteilnetzen, in denen der übliche Energiefluss vom Übertragungsnetz zu den Verbrauchern gerichtet ist, können erhebliche Auswirkungen wie Überlastungen von Netzkomponenten auftreten. Um die Notwendigkeit eines Ausbaus der Netzinfrastruktur zu verhindern oder zu verzögern und die Systemsicherheit, Stabilität und Stromqualität zu verbessern, ist ein gründliches Verständnis des Energiesystems der Zukunft entscheidend. Es besteht daher ein klarer Bedarf an einer Forschungsplattform, die es ermöglicht, die Kombination und Interaktion von Energietechnologien und -trägern zu testen, die Interaktion zwischen dem Verteilungssystem, Gebäuden und der Mobilität zu untersuchen und Studenten und Experten in erneuerbaren Energietechnologien und dezentralen Energiesystemen in einer realitätsnahen Umgebung auszubilden.
Aufgabe 3.8: Ein Simulations-Framework (SFW), das speziell für Multi-Energie-Systeme auf Distrikt-Ebene entwickelt wurde und in der Lage ist, alle Aspekte zu modellieren und zu berücksichtigen, die für die Analyse, das Design und den Betrieb solcher Systeme in einer einheitlichen Weise benötigt werden, wird für eine Vielzahl von Interessengruppen, einschließlich Gas-/Stromversorgern, von Nutzen sein. Die wichtigsten Aspekte sind:
- die Modellierung aller physikalischen Komponenten/Geräte, die sich in einem solchen System befinden,
- explizite Modellierung der Strom-/Gas-/Wärmenetze, die verschiedene Standorte in einem Stadtteil sowohl untereinander als auch mit einer übergeordneten Versorgung koppeln,
- explizite Berücksichtigung der Vielzahl von Akteuren und Entscheidungsebenen,
- Fähigkeit, unterschiedliche Regelungsalgorithmen und/oder Betriebsstrategien zu berücksichtigen,
- Fähigkeit, unterschiedliche Energieverbrauchs-/Erzeugungsszenarien zu berücksichtigen,
- Fähigkeit, geeignete Analysen auf verschiedenen Zeitskalen durchzuführen (d.h. verschiedene Zeitauflösungen und/oder Zeithorizonte).
Im Rahmen des ReMaP-Projekts hat das FEN die Aufgabe, ein solches Simulations-Framework zu entwickeln, das sowohl für die Offline-Systemanalyse und -auslegung als auch für Hardware-in-the-Loop-Simulationen verwendet werden kann.
Das Simulation Framework stellt die "Schnittstellenanforderungen" und "strukturellen Richtlinien" zur Verfügung, um eine Vielzahl von Modellen und Algorithmen unterzubringen, die sich auf die Auslegung und den Betrieb von Multi-Energie-Systemen auf Distriktebene beziehen. Auf diese Weise müssen die Nutzer des Simulations-Frameworks (d.h. die anderen ReMaP-Partner oder potenzielle externe Nutzer), die Simulationen auf Distrikt-Ebene durchführen wollen, nur ihre domänenspezifischen Modelle oder Algorithmen bereitstellen, die mit dem Simulations-Framework gemäß den vom Framework bereitgestellten Spezifikationen verbunden sind. Diese Spezifikationen definieren den erforderlichen Input und Output sowie die erforderliche Modellkomplexität, pro Modell oder Algorithmus und pro Art der Analyse, für die das Modell/der Algorithmus verwendet werden soll. Dank seines modularen Aufbaus werden diese Modelle/Algorithmen vom Simulation Framework in einer "Black-Box"-Manier behandelt.
Darüber hinaus werden Standardmodelle aller betrachteten Komponenten und Akteure entwickelt. Diese Modelle müssen möglicherweise durch detailliertere Modelle ersetzt werden, die von anderen ReMaP-Aufgaben oder zukünftigen Arbeiten bereitgestellt werden, je nach Art der durchgeführten Analyse. Diese Modelle bilden eine Modellbibliothek, die ein integraler Bestandteil des Simulation Frameworks ist.
Das Simulation Framework ist mit dem ReMaP Control Framework verbunden und ermöglicht so die Durchführung von Hardware-in-the-Loop-Simulationen über letzteres, wie in der Abbildung dargestellt.
