Mehrstufige Ausbauplanung elektrischer Übertragungsnetze zur Ableitung bedarfsgerechter Transformationspfade

Franken, Marco Sebastian; Moser, Albert (Thesis advisor); Wellßow, Wolfram (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : printproduction (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Energieversorgung 206
Seite(n)/Artikel-Nr.: viii, 166 Seiten : Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Durch die politisch forcierte Dekarbonisierung des Energieversorgungssystems und dem damit verbundenen zumeist lastfernen Ausbau erneuerbarer Energien nimmt der Transport elektrischer Energie und somit der Bedarf nach neuen Übertragungskapazitäten signifikant zu. Aufgrund zeitintensiver Genehmigungsverfahren und einer fehlenden gesellschaftlichen Akzeptanz von Netzausbauprojekten ist den steigenden Transportanforderungen daher durch bedarfsgerechte Maßnahmen wie die Verstärkung und Optimierung der bestehenden Netzstruktur oder den Einsatz netzbetrieblicher Freiheitsgrade nachzukommen. Zugleich bedingt die Transformation des Energieversorgungssystems sich stetig wandelnde Anforderungen an das elektrische Übertragungsnetz, die durch die Analyse zeitlich gestaffelter Stützjahre erfasst werden können. Infolge einer vorausschauenden Planung kann der Bedarf an neuen Übertragungskapazitäten nachfolgender Stützjahre bereits frühzeitig antizipiert und somit zur Identifikation geeigneter mehrstufiger Transformationspfade berücksichtigt werden. In dieser Forschungsarbeit wird ein Verfahren zur mehrstufigen Ausbauplanung elektrischer Übertragungsnetze entwickelt, das die Ableitung bedarfsgerechter Transformationspfade erlaubt. Durch die integrierte und zugleich zeitlich vorausschauende Optimierung von Netzplanung und Netzbetrieb erfolgt die Abbildung der Interdependenzen zwischen zeitlich gestaffelten Stützjahren sowie zwischen netzplanerischen Maßnahmen und netzbetrieblichen Freiheitsgraden. Das entwickelte Verfahren zielt auf die Minimierung der erforderlichen Investitions- und Betriebskosten unter Einhaltung des (n-1)-Kriteriums ab. Das Technologieportfolio umfasst neben der detaillierten Abbildung von Verstärkungs- und Ausbaumaßnahmen der Drehstromtechnik die Installation leistungsflusssteuernder Komponenten wie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Systeme, Phasenschiebertransformatoren und thyristorgesteuerten Serienkompensationsanlagen. Durch die Einbindung von Engpassmanagementmaßnahmen wie beispielsweise Redispatch konventioneller Kraftwerke wird eine Optimierung des Netzbetriebs ermöglicht. Im Rahmen exemplarischer Untersuchungen werden die zur Auslegung bedarfsgerechter Transformationspfade zu berücksichtigenden Interdependenzen analysiert. Die Bedeutung einer zeitlich vorausschauenden Planung wird durch den Vergleich eines mehrstufigen mit einem sequentiellen Planungsansatz verdeutlicht. Die Untersuchung des vollständigen Technologieportfolios erlaubt im Vergleich zu einem limitierten Portfolio eine signifikante Reduktion der stützjahrübergreifenden Investitions- und Betriebskosten. Der methodische Vergleich zwischen dem entwickelten und einem anerkannten heuristischen Verfahren unterstreicht die Bedeutung einer vollständig integrierten Optimierung von Netzplanung und Netzbetrieb.

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