Einleitung:
Das Europäische Institut für Energieforschung (EIFER), das gemeinsame Forschungszentrum des Karlsruher Instituts für Technologie und der Firma EDF, befasst sich mit der Dezentralisierung von Energiesystemen in verschiedenen Gebieten und fördert erneuerbare Energiequellen. Lokale Energiesysteme müssen im Gegensatz zu klassischen Systemen Strom nicht über weite Strecken übertragen, da sie sich in der Nähe der von ihnen versorgten Last befinden. Sie sind weniger hierarchisch und bieten Möglichkeiten für Energiespeicher, für die Einbeziehung erneuerbarer Energien und für Bedarfsprognosen. Die Ingenieure von EIFER entschieden sich für die Simulationsmodellierung mit AnyLogic, um herauszufinden, wie die lokalen Systeme geplant und betrieben werden sollten. AnyLogic half beim Entwurf von Modellen mit mehreren Maßstäben, die alle Teile des Energiesystems umfassten, und darauf abzielten, Ursachen und Auswirkungen auf allen Ebenen des Systems zu verstehen. Mit AnyLogic trotz das Unternehmen Notfällen, die in dezentralen Systemen auftreten können.
Fall 1: Modellierung intelligenter Stromnetze auf Inselsystemen - Flexibilität auf der Nachfrageseite
Problemstellung:
Die Energieerzeugung in Inselgebieten ist teuer und hängt von den Ölkosten ab. EIFER wollte testen, wie sich die Einbeziehung von Photovoltaikelementen auf das klassische Energiesystem in solchen Gebieten auswirken würde, um so die Kosten und die Ölabhängigkeit zu verringern.
Solution:
Das derzeitige System umfasste drei Ebenen basierend auf den Spannungsbereichen. Für die Realisierung von Photovoltaikelementen wurde der Bereich mit der niedrigsten Spannung (Endkundenebene) ausgewählt. Nachdem diese im Modell verteilt und Experimente durchgeführt wurden, wurden die Daten erneut aggregiert, um die Auswirkungen auf das gesamte System zu erfassen und jegliche Bruchstellen und einen übermäßigen Stromverbrauch zu vermeiden.
Es wurde beschlossen, das Szenario zu modellieren, in dem die Insel teilweise mit Wolken bedeckt ist, um zu testen, ob das Gleichgewicht des Systems gestört wird. Es stellte sich heraus, dass aufgrund der Wolkendecke eine höhere Produktion im Wärmekraftwerk im nicht bewölkten Gebiet zu verzeichnen war, was zu einem Ungleichgewicht des Systems führen könnte.
Ergebnis:
Mit Hilfe der Modellierung mit AnyLogic konnte der Einfluss von Photovoltaik auf das derzeitige Energiesystem der Insel simuliert werden. Das Bewölkungsszenario wurde implementiert, um die Flexibilität des Modells zu testen und die meteorologischen Auswirkungen auf das System aufzuzeigen.
Fall 2: Optimierung eines lokalen Energiesystemmanagements
Problemstellung:
Die EIFER-Forscher untersuchen nicht nur neue, sondern auch bereits bestehende Möglichkeiten der Energieerzeugung, nämlich die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Dieser Prozess beinhaltet die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden. Es ist auch eine der kosteneffizientesten Methoden zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Die EIFER-Ingenieure verwendeten AnyLogic, um das Verhalten des KWK-Energiesystems zu modellieren und zu optimieren und herauszufinden, wie die verschiedenen Energiequellen interagieren.
Lösung:
Im agentenbasierten Modell erzeugte die Produktionsanlage Strom und Wärme, während die normale Bevölkerung und der tertiäre Sektor Strom und Wärme verbrauchten. Die Wärme ging an Haushalte, während Strom an Haushalte oder an Netze ging. Die Ausgabestatistiken zeigten, wie sich die Energie auf die Verbraucher verteilt, und ermöglichten eine Analyse der Kapital- und Betriebsausgaben.
Ergebnis:
AnyLogic half dabei, das Energiesystem als ganzheitliches System darzustellen und einzelne Teile in einem Modell zu verbinden. Mit AnyLogic wurde eine Modellierungsbibliothek erstellt, um die Wiederverwendung bestimmter Blöcke und Agenten in anderen Modellen zu vereinfachen. Die benutzerfreundliche Oberfläche vereinfachte die Interaktion mit dem Modell für ungeübte AnyLogic Nutzer.
Ausgabestatistiken ermöglichten es den Modellierern saisonbedingte Faktoren zu erfassen, die das Energiesystem beeinflussen, und wirtschaftliche Kennziffern zu analysieren.
Fazit:
Energiesysteme sind in der Regel mehrskalig und können leicht durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Mit der AnyLogic Simulationsmodellierung ist es möglich, komplexe Systeme zu vereinfachen und die mit Variabilitäten verbundenen Probleme zu erfassen, um aufzuzeigen, wie sich Änderungen auf einer Ebene auf das gesamte System auswirken können.
In den folgenden technischen Papieren erfahren Sie, wie EIFER die Dezentralisierung von Energiesystemen durchführt und erneuerbare Energiequellen einsetzt:
- A Complex Systems Modelling Approach for Decentralized Simulation of Electrical Microgrids
- An Agent-Based Multi-Scale Wind Generation Model
