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Technische Universität München

DecEnSys – Dekomposition von Energiesystemen zur Modellierung dezentraler Stromversorgungssysteme

Partner Lehrstuhl für Angewandte Geometrie und Diskrete Mathematik (Prof. Gritzmann)
Förderer BMWi
Zeitraum Mai 2016 bis April 2019
Ansprechpartner M.Sc. Magdalena Dorfner

Übersicht über das Projekt DecEnSys

Die zunehmende Integration erneuerbarer Energien in das Stromsystem führt zu einer Veränderung der Struktur des deutschen Energiesystems. Das traditionell hierarchisch aufgebaute System wird dezentralisiert. Gegenseitige Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Energieträgern, Netzregionen und Systemebenen nehmen zu und schaffen zusätzliche Unsicherheiten. Betrachtungen des Energiesystems finden auf verschiedenen Systemebenen (von kommunal bis europaweit) mit jeweils angepassten Detailgraden und Modellierungstechniken statt. Die genannten Veränderungen machen es notwendig, diese Betrachtungen modelltechnisch stärker zu verzahnen.

Ziel des Projekts DecEnSys ist es, Methoden der Modellierung und Optimierung von Energiesystemen weiterzuentwickeln, um die verschiedenen Betrachtungsebenen zuverlässig aneinander koppeln zu können und die genannten Eigenschaften des Energiesystems der Zukunft adäquat abbilden zu können. Hierzu werden etablierte wie auch neue Methoden der mathematischen Optimierung verwendet und weiterentwickelt. Die explizit auf Probleme der Energiesystemanalyse angepasste Verwendung sogenannter Dekompositionsverfahren ermöglicht es, das dezentrale Energiesystem der Zukunft mitsamt den auftreten Unsicherheiten detaillierter als bislang in Modellen abzubilden und belastbarere Szenarioanalysen durchzuführen. Zugleich bietet sich die Möglichkeit, über geeignete Schnittstellen Detailmodelle für kleine Gebiete (Kommunen bis Städte) oder Netzregionen (Landkreise) anzubinden.

Auf der Basis der weiterentwickelten Methoden werden Bedarfsanalysen zum gesamtwirtschaftlich optimalen Ausbau der Kraftwerks-, Netz- und Speicherinfrastruktur durchgeführt. Bereits in der Modellrechnung können die relevanten unsicheren Einflüsse, ebenso wie bestehende kommunale Klimaschutzprogramme miteinbezogen werden. Die Resultate ebenso wie die entwickelten und implementierten Methoden werden unter open-source Lizenzen veröffentlicht und stehen damit der Allgemeinheit zur Verfügung.

Projektergebnis

Als Ergebnis des Projekts DecEnSys wurde das Optimierungsframework des Lehrstuhls ENS "urbs" um die Dekompositionsmethoden erweitert. Das Repository von urbs mit den implementierten Methoden kann unter folgendem Link aufgerufen werden:

https://github.com/tum-ens/urbs/tree/decensys

 

Eine ausführliche Dokumentation und ein Tutorial zur Anwendung der Dekompositionsmethoden finden Sie unter folgendem Link:

https://urbs.readthedocs.io/en/decensys/decomposition.html

 

Ein Jupyter-Notebook, das zur Verarbeitung der Ein- und Ausgabedaten im Rahmen des DecEnSys-Projekts verwendet worden ist, finden Sie unter folgendem Link:

https://github.com/tum-ens/notebooks

 

Veröffentlichungen

Veröffentlichte Paper

  • M. Dorfner und P. Kuhn. „Datentransparenz in der Energiesystemoptimierung - Beispiel Bayern“. In: 12. Fachtagung - Optimierung in der Energiewirtschaft. Bd. 2303. VDI Berichte 2303. Nov. 2017, S. 91–96
  • P. Gögler u. a. „Hybrid Robust/Stochastic Unit Commitment With Iterative Partitions of the Continuous Uncertainty Set“. In: Frontiers in Energy Research 6 (2018)
  • P. Stursberg. „Improved Methods for Electricity Network Optimization“. Diss. Technische Universität München, in Vorbereitung
  • R. Brandenberg und P. Stursberg. „Cut Selection For Benders Decomposition“. In: (2019)
  • P. Gritzmann u. a. „Mathematical Optimization for Power System Analysis“. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews (in Vorbereitung).

Konferenzbeiträge

  • 21st Workshop on Future Research in Combinatorial Optimization 2017: P. Stursberg. „Improved Benders Cut Selection with application to Energy System Optimization“, Vortrag, Trier
  • MSE Kolloquium 2017: P. Stursberg, M. Dorfner. „DecEnSys“, Posterpräsentation, München
  • Forschungsnetzwerk 2018: P. Stursberg, M. Dorfner. „DecEnSys“, Posterpräsentation, Berlin
  • International Symposium on Mathematical Programming 2018: P. Strsberg. „Improved Cut Selection for Benders Decomposition“, Vortrag, Bordeaux
  • Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems Conference 2018: M. Dorfner, L. Odersky, P. Kuhn. „Open energy system modeling with urbs – Example Germany“, Vortrag, Palermo
  • Energy Modeling Platform for Europe 2019; M. Stüber, L. Odersky, P. Stursberg. „Uncertainty modeling with the open source framework urbs“, Posterpräsentation, Brüssel 
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