E2M2s

Das Strom- und Wärmemarktmodell E2M2s ist ein Fundamentalmodell, das unter der Zielsetzung der Systemkostenminimierung den optimalen Kraftwerkseinsatz und die optimalen Investitionsentscheidungen bestimmt.  Das stochastisch gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsmodell bildet den wettbewerblichen Strommarkt ab. Die stündlichen Spotmarktpreise der einzelnen Strommärkte werden auf Basis der marginalen Systemkosten bestimmt. Die Systemkosten sind eine Funktion aus verfügbaren Erzeugungs- und Netzkapazitäten, Brennstoffpreisen, Strom- und Wärmenachfrage sowie Betriebsrestriktionen der einzelnen Erzeugungsanlagen und der Einspeisung erneuerbarer Energien.

Mit dem E2M2s Modell  ist die Identifikation -  unter elektrizitätswirtschaftlichen und systembetrieblichen Aspekten - sinnvoller Maßnahmen für die kosteneffiziente und langfristig zuverlässige Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien in das Elektrizitätssystem möglich. Aufgrund der Wechselwirkungen der einzelner Märkte (Strom, Wärme und Gas) ist die integrale Betrachtung der zur Verfügung stehenden Technologien notwendig, um effiziente Kombinationen von Integrations- und Flexibilisierungsoptionen (z.B. Demand Side Management) zu ermitteln (siehe Abb.1)

 

Abb1: Flexibilisierungs- und Integrationsoptionen im Elektrizitätssystem

 

Modelldetails:

Das Modell E2M2s beschreibt Strommärkte auf Basis von Elektrizitätserzeugung und -übertragung zur Lastdeckung unter Beachtung aller notwendigen technischen Restriktionen (z. B. installierte Kapazitäten, Mindestteillast, Anfahrzeiten, Engpässe im Übertragungsnetz zwischen und innerhalb der Länder). Zur Verringerung der Laufzeit können einzelne Kraftwerke zu Kraftwerksklassen aggregiert werden. Neben reinen Kondensationskraftwerken wird der Betrieb der verschiedenen Typen der KWK-Anlagen zur Stromerzeugung in die Optimierung mit einbezogen. Dazu werden die aktuelle Nachfragesituation nach Wärme sowie Wärmeerzeugungsanlagen mitberücksichtigt. Ebenso wird die Bewirtschaftung von Speichersystemen unterschiedlicher Technologien detailliert abgebildet. Die Beschreibung der Vorhaltung von Regelenergie unterscheidet zwischen den unterschiedlichen Regelenergiearten und berücksichtigt dabei die betriebliche Flexibilität der einzelnen Kraftwerksgruppen.

Besonderer Wert wird auf die explizite Modellierung der Unsicherheiten bezüglich der Windleistungseinspeisung, Elektrizitätsnachfrage und möglicher Kraftwerksausfälle gelegt. Dazu bieten sich die methodischen Ansätze der stochastischen Programmierung an. Mit Hilfe eines stochastischen Netzes können unsichere Parameter anhand einer diskreten Abbildung ihrer Verteilungsfunktion beschrieben werden (siehe Abb. 2). Somit wird durch Berücksichtigung der Verteilungsfunktion die zu optimierende Zielfunktion zur stochastischen Größe. Im Gegensatz zu deterministischen Optimierungsmodellen wird mit der stochastischen Programmierung ein gegenüber der gesamten möglichen Bandbreite der unsicheren Parameter robustes Optimierungsergebnis erreicht.

 

Abb2: stochastisches Netz

 Ausgehend vom heute vorhandenen Kraftwerks- und Speicherpark können in E2M2s die optimalen zukünftigen Investitionen in Netze und Kraftwerke bestimmt werden.

 

E2M2s –Referenzen:

Hundt, M., Barth, R., Sun, N., Brand, H., Voß, A. (2010) „Herausforderungen eines Elektrizitätsversorgungssystems mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien“. Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER). Stuttgart, 2010. – Studie im Auftrag der E.ON Energie AG.

Sun, N. (2013) „Modellgestützte Untersuchung des Elektrizitätsmarktes: Kraftwerkseinsatzplanung und –investitionen“, Forschungsbericht Band 112, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER). Universität Stuttgart, 2013.

Bothor, S., Steurer, M., Eberl, T., Brand, H., Voß, A (2015). “Bedarf und Bedeutung von Integrations-und Flexibilisierungsoptionen in Elektrizitätssystemen mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien“ – IEWT-Konferenz Wien 2015