Herausforderungen und Komplexität der Wasserspeicheroptimierung

Ähnliche Dokumente
Kurzfristige Kraftwerkseinsatzplanung unter Berücksichtigung von Unsicherheit in der Aktivierung von Systemdienstleistungen»

Betriebs- und Einsatzoptimierung von Erneuerbare- Energien - Anlagen durch IKT Use Case: Eigenstromoptimierung

Simulation von lastglättendem und preisbasiertem Einsatz der deutschen Pumpspeicherkraftwerke

Mathematische Modellierung der Kostenund Wirkungszusammenhänge eines regionalen Energieverbundes

Flexibilitäten an den Spotmärkten - Quantifizierung von Intraday-Erlösmöglichkeiten. Timo Kern

Methoden zur Nutzung meteorologischer Vorhersageunsicherheiten für die Betriebsoptimierung eines solarthermischen Kraftwerks

Entwicklung der Residuallast und hypothetischer Speicherbedarf für Überschüsse

Optimaler Erzeugungsmix für 100% regenerativen Strom in Österreich

Dynamische Optimierung von Dienstleistungen

Dynamische Optimierung im Dienstleistungsbereich

Stochastische Simulation der europäischen Strommärkte zur Berücksichtigung von Unsicherheiten

Recent Advances in Business Computing and Operations Research (RAIBCOR)

Dynamische Optimierung

Advanced Business Intelligence. Advanced Networking. Artificial Intelligence. Campus Offenburg Badstraße 24, 77652

Speicheroptimierung und Regelenergieoptimierung einer Kette von Speicherkraftwerken

Stochastische Methode zur Optimierung der Einsatzplanung von Wasserkraftwerken

Auswirkungen von Power-to-Heat-Anlagen in der Fernwärmeversorgung in Deutschland

VON DER INVESTITIONSENTSCHEIDUNG BIS ZUR EINSATZPLANUNG OPTIMIERUNG IN CHEMIEPARKS

Das virtuelle Kraftwerk in der Praxis

FLEXIBILITÄTSPOTENTIAL DER VERBRAUCHER

Virtuelle Kraftwerke in der Praxis

Strompreisoptimierte Direktvermarktung für Biogasanlagen

Mathematische Behandlung des Risikos in der Portfolio-Optimierung

Versorgungssicherheit werden die Märkte unterschätzt?

Integrierte Flexibilitätsvermarktung von regenerativen Energien

Übersicht über die mathematischen Module der Bachelor- und Masterstudiengänge Mathematik, Wirtschaftsmathematik und Technomathematik

Anwendungen des Operations Research in der Energiewirtschaft

Simulation des europäischen Strommarktes als Baustein der Netzentwicklungsplanung

Analyse energiewirtschaftlicher Kriterien für den Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken

Strommarktoptimierter Betrieb eines Stromspeichers

Ökonomische Analyse des Demand- Response-Potentials von aggregierten Lasten am Spotmarkt

Master of. Mathematics in Operations Research. Dr. Michael Ritter 27. Oktober Technische Universität München

Master-Studiengang & Bewerbung/Zulassung. Judith Zimmermann Studienkoordinatorin, Departement Informatik, ETH Zürich

Dynamische Programmierung

Thinking the Future Zukunft denken. Masterstudiengang Wirtschaftswissenschaft (M.Sc.) Wichtige Änderungen ab WS 14/15

FUNDAMENTALMODELLE FÜR DEN STROMMARKT

Dynamische Programmierung. Problemlösungsstrategie der Informatik

Windvermarktung durch APG

Bachelor of Science. Business Administration

Speicherbedarf für eine Vollversorgung Österreichs mit regenerativem Strom

RESOURCES Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit

Considering the impacts of variable renewable energies in power system capacity expansion planning

Geometrie und Mathematische Physik Differentialgeometrie I 10 m Diskrete Geometrie I 10 m Geometrie I 10 m Geometrische Grundlagen der linearen

Prognose von Ressourcenbedarfen zur langfristigen Prozessoptimierung

Master Surgical Scheduling bei stochastischen Operationszeiten

Kostenentwicklung dezentraler Batteriespeicher Evolution oder Revolution? Albert Hiesl, EEG TU Wien

Expertengespräche Power-to-Gas

Untersuchung von strategischem Bietverhalten in den Regelleistungsauktionen. A. Maaz; P. Prümm; A. Moser Wien IEWT 2017,

Fundamentale Modellierung von Leistungspreisen für Regelleistung

Energiespeicher Potenziale und Wirtschaftlichkeit

Forstbetriebsplanung unter Risikoaspekten ( Neues vom YAFO-Modell )

Virtuelle Kraftwerke Von der Vernetzung der Erzeugung zur Vernetzung des Verbrauchs

Technical integration of RES: First results from the E-Energy project RegModHarz. Berlin, 19. November 2010

Methoden zur Reduktion der Rechenzeit linearer Optimierungsmodelle in der Energiewirtschaft Eine Performance-Analyse

Pumpspeicher-Kraftwerk Limmern

Der Handel mit Flexibilität Die Rolle von Spot- und Terminmärkten

Auswirkungen des Intraday-Handels auf das Netzregelverbundsaldo in Deutschland

Modelle und Methoden der Linearen Optimierung (Die Thesen zur Vorlesung 1_Fallstudie)

Virtuelle Kraftwerke: Die Bereitstellung von Flexibilität durch Erneuerbare Energien

Modellierung und Optimierung eines Kraftwerksportfolios unter dem Einfluss der regenerativen Einspeisung

Verena Honeck M. Sc. Transferstelle Bingen in Mainz. Mainz, Verena Honeck Transferstelle Bingen

Modelle und Methoden der Linearen Optimierung (Die Thesen zur Vorlesung 1)

14. Symposium Energieinnovationen. Graz, Österreich. 12. Februar 2016

Wasserwirtschaftliche Planungsmethoden

Modellierung von Speichern im Energiesystem

WAS IST WINDSTROM AM STROMMARKT WERT?

Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab?

Master of Science Business Administration

VERBUND AG,

Politics vs Markets. How German Power Prices hit the Floor Journal of World Energy Law & Business, 9(2), ,

TESS Thermischer Stromspeicher für die Energiewende

Dezentrale Energiesysteme und Speicher Der richtige Mix macht s Dr. Bernd Koch Leiter Dezentrale Energiesysteme, Siemens Deutschland

Caroline March ÖKONOMETRISGHE MODELLIERUNG DES ROHÖLMARKTES. Preisbildungsmechanismen und Prognose der Entwicklung bis 2030

Operations Research kompakt

Der Klimaschutzbeitrag des Stromsektors zum Klimaziel 2020: Instrumentelle Ausgestaltung des BMWi-Vorschlags

Dr. Florian Steinke, Dr. Clemens Hoffmann April 2011 Copyright Siemens AG All rights reserved.

Diese Tabelle bietet einen Überblick über die Kurse, die im Rahmen des ERASMUS Austausches in Bonn bereits angerechnet wurden. (Stand: Februar 2016).

Anforderungen an den Kraftwerkspark der Zukunft

Optimierung I. Dr. Ulf Lorenz F2.413

Technische Universität Berlin. Regelenergiepreisprognosen und Einfluss der Marktteilnahme von Windenergie- und PV-Anlagen

Flexibilisierung der Regelleistungsmärkte in Deutschland - Kosteneinsparungspotenziale durch Erneuerbare Energien

Energie optimiertes Datacenter (EoD) Planungssoftware für Energie- und Kostenoptimierung Ein Werkzeug für Entscheidungsträger

Trianel Lösungen für Industrie- und Gewerbekunden

1. Personalwirtschaftliche Strategien zum Umgang mit Qualitätsunsicherheiten eine kritische Analyse Betreuer: Olga Metzger

Optimale Bewirtschaftung und wirtschaftliche Bewertung eines zentralen Batteriespeichers im Verteilnetz

Economic Assessment of a battery storage system- Participation in control energy market in APGcontrol

To What Extent Does Terrestrial Life Follow The Water? Eriita G. Jones and Charles H. Lineweaver

Fachbibliothek NAWI. Zeitschriften & Reihen Abteilung Mathematik Stand: 3/2017. Titel Signatur Bestand

Master of Science Business Administration

Flex2Market Regionale Flexibilitätsmärkte entlasten das Verteilnetz

Herausforderungen bei einer breiten Regelleistungserbringung aus Energieanlagen im Verteilnetz

Betriebssysteme SS 2009 VO (2) [+ PR (2) + TU (2)]

Aktuelle Themen für die Masterstudiengänge Wirtschaftsingenieurwesen 1

Lösung betriebswirtschaftlicher Probleme mithilfe von Analysetechniken

Analyse, Modellierung und Simulation der visuell-räumlichen Kognition bei der Mensch-Maschine-Interaktion

WiWi-ÄQUIVALENZLISTE für den Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen

Geometrische Brownsche Bewegung und Brownsche Brücke

Berücksichtigung der Vorhaltekosten im Ausgleichsenergiepreis

Transkript:

Herausforderungen und Komplexität der Wasserspeicheroptimierung Präsentation IEWT 2015 Se.braun@enbw.com Sebastian Braun 9. Februar 2015

Agenda 1. Herausforderung/Forschungsstand 2. Modell 3. Ergebnisse 4. Zusammenfassung 5. Fragen 2

1. Kapitel Herausforderung/ Forschungsstand 3

Problemstellung Herausforderungen Große Wasserspeichersysteme Kaskadierende Systeme, Abhängigkeiten zwischen Speicherseen Physikalische Restriktionen, z.b. nichtlineare nichtkonvexe Wirkungsgradkurven Vermarktung Welcher Markt? Termin-, Day-ahead-, Intraday-, Regelenergiemärkte Preisvorhersagen Vorhaltung zur Optimierung des Kraftwerkparks Veränderte Marktbedingungen (Energiewende, EE, Netzausbau, Atomausstieg, Regulierung) Optimierung Binärvariablen durch Pumpen Langfristig unbekannte Zuflüsse und Preise Kurzfristig hohe Detailgenauigkeit Nichtabbildbare Bedingungen Schnittstellen Opportunitäten zwischen den Märkten Modellübergänge 4

Aktueller Forschungsstand - Optimierung 70 Jahre Speicheroptimierung Stochastische Programmierung Massé (1946), Bellmann (1953), Little (1955), Dynamische Programmierung Young (1967) Stochastisch-dual-dynamische Programmierung Birge (1985), Pereira (1991) Unterschiedliche Zeithorizonte Belsnes et al (2005), Abgottspon et al (2011), Fleten et al (2011), Approximierung Skjelbred (2011), Matos (2012) Überblick Stochastische Optimierung: Wallace et al (2003) Stochastische dynamische Optimierung: Fosso et al (1999) Verschiedene Verfahren im Vgl.: Labadie (2004) 5

Herausforderungen Offene Themen Optimierung von Speichersystemen (z. B. >10 Speicher) Berücksichtigung verschiedener Märkte Schnittstellen zwischen Zeitstufen Modellierung Veränderte Anforderungen an den Speichereinsatz Forschungsfrage: Welche Parameter haben den größten Einfluss auf den Ertrag des Gesamtmodells? Preise Zuflüsse Markt (Regelenergie/Spotmarkt) Optimierungsmodell 6

3. Kapitel Modell 7

Begründung Deterministisches Modell 1. Komplexität Kein Fluch der Dimensionalität 2. Märkte Day-ahead Markt SRL Markt 3. Stochastik Nutzung von stochastischen Preiskurven Langjähriger Mittelwert der Zuflüsse 4. Zeitschritte Berechnungszeitraum: 1 Jahr Zeitschritte: 8760 Stunden Berechnung von: Opportunitäten, Speicherständen, SRL-Vorhaltung, Wasserflüsse, Erlöse 5. Laufzeit 700 min pro Rechnung mit Core i7 (3,2 GHz, 4 Kernen) Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 8

Deterministisches Modell 1. Zielfunktion T m m Erlös = FP t (PWT W,t PWP W,t ) CVWP W,t PWP W,t + CVWT W,t PWT W,t ; W m, t T t=1 W=1 W=1 2. Speicherbilanzgleichungen SQ S,t = SQ S,t 1 + SQIn S,t SV S,t W SW PWT W,t + R W,t PWmaxT W QWmaxT W + W WS PWP W,t + R W,t PWmaxP W QWmaxP W ; S n, W m, t T 3. Speicherstände SQMin S,t R W,t μ W + R W,t μ W W SW W WS SQ S,t ; S n, W m, t T SQMax S,t R W,t W SW 4. Maximale Pumpleistung μ W + R W,t μ W SQ S,t ; S n, W m, t T W WS PWP W,t + R W,t PWPmax W,t ; W m, t T Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 9

Deterministisches Modell 5. Maximale Turbinenleistung PWT W,t + R W,t PWTmax W,t ; W m, t T Variablen S n = 1,, n; W m = 1,, m W SW Erklärungen Speichersee Werke Werke W unterhalb des Speichersees S 5. Überlauf SV S,t SVMax S,t ; S n, t T 5. Zielspeicherstand SQ S,T = SQEnd S ; S n 6. Nichtnegativitätsbedingungen 0 SV S,t ; S n, t T W WS Werke W oberhalb des Speichersees S t T = 1,, T Zeitstufen T=8760 SV S,t Verlust/Überlauf in Speicher S zwischen Zeitpunkt t und t+1 SQ S,t Speicherinhalt des Speichers S zum Zeitpunkt t SQIn S,t Zufluss in Speicher S zwischen Zeitpunkt t und t+1 SQEnd S Zielspeicherstand in Speicher S zum Zeitpunkt T μ W R W,t PWT W,t Wirkungsgrad Regelenergie Umrechnungsfaktor Regelenergievorhaltung pro Werk W Turbinenleistung des Werks W zum Zeitpunkt t 0 PWT W,t ; W m, t T 0 PWP W,t ; W m, t T R W,t R n ; W m, t T 0 Erlös 0 SQ S,t ; S n, t T PWP W,t PRnWP W,t PRnWT W,t PWMaxT W PWMaxP W QWMaxT W QWMaxP W Pumpleistung des Werks W zum Zeitpunkt t Vorgehaltene negative Reserve Vorgehaltene positive Reserve Maximale Turbinenleistung für Turbine W Maximale Pumpleistung für Pumpe W Maximaler Wasserdurchfluss in Turbine W Maximaler Wasserdurchfluss in Pumpe W Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 10

Inputdaten - Zuflüsse 1. Saisonalität 2. Szenarien ableiten Historische Zuflüsse über ein Jahr eines exemplarischen Wasserspeichers in den Alpen, Quelle: u. a. interne Daten Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 11

Inputdaten - Preise 1. Terminmarktbasierte Prognose zukünftiger Preise, z. B. PFC, stochastische Preiskurven 2. Abbilden von Preisschwankungen wichtig Beispielhafte Preisdauerlinie- Preisprognose für 2015. - Grauer Bereich: stochastische Preiskurven - Rote Linie: PFC - Blaue und grüne Kurve: realisierte EPEX Spot Day-ahead Preise der Jahre 2014 und 2013. - Quelle: u. a. interne Daten Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 12

Herleitung a) Zur Verfügung stehende Turbinen- und Pumpleistung b) Abstrakte Darstellung der Preisdauerlinie der PFC und eines mittleren stochastischen Preispfads a) b) a) Zur Verfügung stehende Turbinen- und Pumpenleistung nach Regelleistungsvorhaltung b) Abstrakte Darstellung der Preisdauerline der PFC und eines mittleren stochastischen Preispfads mit Regelleistung a) b) Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 13

4. Kapitel Ergebnisse 14

Ergebnisse - Opportunitäten Beispielhafte Wasserwerte eines Jahresspeichers über ein Jahr unter Berücksichtigung einer PFC. Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 15

Ergebnisse - Opportunitäten Beispielhafte Wasserwerte eines Jahresspeichers über ein Jahr unter Berücksichtigung von stochastischen Preiskurven. Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 16

Ergebnisse - Erlöse Veränderung der Gesamterlöse im Vergleich zum Standardfall (PFC) unter Berücksichtigung von Stochastischen Preiskurven, SRL und Zuflüssen Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 17

Ergebnisse Turbinen- und Pumpenarbeit Turbinen- und Pumparbeit im Vergleich zum Standardfall (PFC) unter Berücksichtigung von Stochastischen Preiskurven, SRL und Zuflüssen. Wegen Wirkungsgradverlusten muss mehr gepumpt als turbiniert werden. Promotionsvorhaben Einsatzplanung und Optimierung von Wasserspeichern 9. Februar 2015, Sebastian Braun 18

4. Kapitel Zusammenfassung 19

Einfluss der Inputparameter 1. Preise Bis zu 46 % mehr Erlöse im Modell Überschätzung mit stochastischen Preisen durch Perfect Foresight Unterschätzung mit PFC weil Preisschwankungen nicht abgebildet 2. Anteil Regelenergievermarktung Fast 50 % weniger Einnahmen am Spotmarkt, wenn etwa 30 % der Pumpen- und Turbinen vorgehalten werden Regelenergieeinnahmen dagegen rechnen 3. Zuflüsse Vergleichsweise geringe Auswirkungen Schlechtes Zuflussjahr mit etwa 6 % weniger Erlösen Gutes Zuflussjahr etwa 7 % mehr Erlöse 20

Literatur I Abgottspon, Hubert; Andersson, Göran: Medium-term optimization of pumped hydro storage with stochastic intrastage subproblems, In: Power Systems Computational Conference, 2014 Bellman, Richard E.: An introduction to the theory of dynamic programming, In: Rand Report R-245, The Rand Corporation, Santa Monica, California, 1953 Belsnes, Michael Martin; Gjengedal, Terje; Fosso, Olaf B.: Methods for Short-term Generation Scheduling in Hydro Power Dominated Power Systems, In: Hydropower 2005, Stavanger, 2005 Labadie, John W.: Optimal Operation of Multireservoir Systems: State-ofthe-Art Review, In: Water Resources Planning Management 130(2), S. 187-197, 2004 Little, John D.C.: The use of storage water in a hydroelectric system. In: Journal of the Operations Research Society of America 3 (2), S. 187-197, 1955 21

Literatur II Masse, Pierre: Les reśerves et la reǵulation de l'avenir dans la vie ećonomique, Verlag: Hermann, Paris, 1946 Pereira, Mario V.F.; Pinto, Leontina M.V.G.: Multi-stage stochastic optimization applied to energy planning. Workshop on Mathematical Programming, Mathematical Programming, 52(2), S. 359 375, 1991 Powell Warren. B.: Approximate Dynamic Programming, John Wiley & Sons Inc.,Princeton (NJ), 2011 Xingfu, Wu: Performance Evaluation, Prediction and Visualization of Parallel Systems, Verlag: Springer Science & Business Media, Berlin, 1999 22

Kontakt Fragen und Diskussion Abteilung F-HAS Kurzfristige Kraftwerkseinsatzplanung Sebastian Braun Durlacher Alle 93 76131 Karlsruhe se.braun@enbw.com s.braun.eu@live.de +49 176 78 32 49 59 23