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Aggregierte Modelle für die Simulation von dynamischen Vorgängen in elektromechanischen Energiesystemen (AMSES)

Leitung:Prof. Dr.-Ing. Bernd Ponick, Prof. Dr.-Ing. Axel Mertens, Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Hofmann (IEH), Prof. Dr.-Ing. Jörg Seume (TFD), Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mathis (TET)
Bearbeitung:Dr.-Ing. Robert Meyer, Dipl.-Ing. Malte John, Ing. Jakub Kucka, Dr.-Ing. Jörn Steinbrink, M. Sc. Olga Korolova
Laufzeit:01.01.2015 - 30.06.2017
Förderung durch:Niedersächsisches VW-Vorab an das Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Das Forschungsprojekt „Aggregierte Modelle für die Simulation von dynamischen Vorgängen in elektromechanischen Energiesystemen“ (AMSES) strebt an, wissenschaftliche Grundlagen zum Verständnis von Effekten zu schaffen, die erst aus der Interaktion einzelner Komponenten in einem komplexen System auf dem Gebiet der Energietechnik entstehen. Damit werden in AMSES Erkenntnisse und Grundlagen für einen neuen Forschungsschwerpunkt und für Anträge für koordinierte Förderprogramme, wie beispielsweise für einen Sonderforschungsbereich (SFB) bei der DFG, geschaffen.

Die Transformation des Elektroenergiesystems, die unter anderem durch die zunehmende Einbindung einer Vielzahl von dezentralen, regenerativen und volatilen Stromerzeugungsanlagen in das elektrische Netz ist  gleichzeitig durch eine Verdrängung der großen Kraftwerke mit ihren Turbinen und Generatoren gekennzeichnet. Dies führt auch aufgrund der Tatsache, dass eine zunehmende Anzahl von Verbraucher und Erzeugungsanlagen über Umrichtersysteme an das Netz angebunden wird, zu einer Veränderung der Wechselwirkungen zwischen den Betriebsmitteln und größeren Komplexität der dynamischen Ausgleichsvorgänge im Elektroenergiesystem. Wird der Ausbau der volatilen regenerativen Energieträger Wind- sowie Solarenergie weiter erhöht und greifen die Bestrebungen von Energieeffizienzmaßnahmen, wird sich diese Komplexität weiter verstärken. Im Verlauf der Ausgleichsvorgänge weisen die elektrischen, magnetischen und mechanischen Größen des Systems sehr unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeiten und räumliche Ausdehnungen auf. Das System ist dabei grundsätzlich nichtlinear und steif und weist einen sogenannten Multi-Zeitskalen-Charakter auf. Eine zutreffende dynamische Simulation des elektromechanischen Energieversorgungssystems, die alle relevanten elektrisch-mechanischen Wechselwirkungen beispielsweise zwischen Netz, Generator und Turbine eines thermischen Kraftwerks einschließt, übersteigt den heutigen Stand der Forschung.

Ziel von AMSES ist es deshalb, im Rahmen von fünf Teilprojekten (TP) einen interdisziplinären Ansatz zu verfolgen sowie Lösungswege zur Simulation und Vorausberechnung von komplexen elektrisch-mechanischen Energiesystemen aufzuzeigen. Dazu werden zum einen interaktionsfähige Modelle aus dem mechanischen, elektromagnetischen und elektrischen Bereich einschließlich der Regelung erstellt und im Zusammenwirken erprobt. Mit ihrer Hilfe sollen Effekte und Wechselwirkungen, die erst aus der Interaktion der verschiedenen Betriebsmittel entstehen, in der Simulation vorausberechnet werden können. Zum anderen wird untersucht, durch welche Ansätze und Methoden eine systematische Reduktion des Gesamtsystemmodells und gegebenenfalls der Modelle gelingt, die eine effiziente Simulation im Systemzusammenhang erst ermöglicht, ohne die Entstehung der oben genannten Wechselwirkungen zu unterdrücken. Darüber hinaus wird für Teilaspekte eine experimentelle Verifikation der Modelle erfolgen.

Die Teilprojekte TP2, TP3 und TP4 von AMSES konzentrieren sich dabei auf wesentliche methodische Fragestellungen und auf die Erarbeitung effektiver Modelle für einzelne Komponenten des Energiesystems. Sie leisten damit wichtige Vorarbeiten für eine spätere Modellierung und Simulation dynamischer Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten oder innerhalb von komplexen Gesamt- oder Teilsystemen, die Gegenstand von TP1 (Gesamtsystem) bzw. TP5 (aggregiertes Modell eines Teilsystems) sind.

Die Ergebnisse von AMSES werden im Rahmen des neu gegründeten Leibniz Forschungszentrums Energie 2050 (LiFE 2050) genutzt, um das interdisziplinäre Forschungsgebiet zur Beherrschung von dynamischen Vorgängen in elektromechanischen Energiesystemen aufzubauen und Anträge für koordinierte Förderprogramme zu ermöglichen. Aus Gründen des Umfangs und der Laufzeit kann dieses Vorhaben nicht den Anspruch erheben, die aufgeworfenen Fragestellungen vollständig zu lösen. Es werden aber weiterführende Forschungsfragen identifiziert und durch Vorarbeiten soweit aufbereitet, dass die Antragstellung auf ein gefördertes Verbundvorhaben beispielsweise  durch die DFG mit guten Erfolgsaussichten angeschlossen werden kann. 

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