Grid and system-oriented use of flexibility provided by energy communities

Autor/innen

  • Renata Rodrigues Lautert

DOI:

https://doi.org/10.24352/UB.OVGU-2025-085

Schlagworte:

Elektrische Energieübertragung, Dezentrale Erzeugung, Energiegemeinschaft, Speichersysteme, Stromnetz

Abstract

Im aktuellen Szenario der Energiewende umfasst das Stromsystem Maßnahmen zur Dezentralisierung der Energieerzeugung, zur Digitalisierung des Systems, zur Dekarbonisierung, zur Deregulierung und zur Demokratisierung des Zugangs zu Strom. Das Konzept einer Energiegemeinschaft (EC) entspricht diesen Aspekten, fördert die Nachhaltigkeit und erhöht die Flexibilität. Das Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung eines Steuerungsmodells für eine EC mit drei Flexibilitätsebenen und Anreizen für die Nutzung der Flexibilität. Die simulierte EC nutzt ausschließlich erneuerbare Energiequellen, ein Batteriespeichersystem (BESS) und ein Elektrofahrzeug (EV). Der Energieeinsatz wurde regelbasiert implementiert und mit gemischt-ganzzahliger linearer Programmierung optimiert. Die EC ist in den Energiemarkt eingebunden, ermöglicht Netztransaktionen zu Echtzeittarifen und bewertet die Wirtschaftlichkeit anhand der täglichen Betriebskosten. Ziel der Optimierung war es, Kosten zu minimieren und die Nutzung erneuerbarer Ressourcen zu maximieren. Die Analyse umfasste vier repräsentative Tage der Jahreszeiten. Szenarien mit überschüssiger Erzeugung bei geringer Nachfrage sowie mit niedriger Erzeugung bei hoher Nachfrage wurden simuliert. Drei Flexibilitätsebenen (F1 bis F3) wurden anhand einstellbarer Parameter definiert, darunter der Ladezustand des BESS und Gewichtungskoeffizienten für Lade- und Entladeprozesse. F1 ist die flexibelste, F3 die konservativste Stufe. Anreize in Form von Belohnungen wurden in Übereinstimmung mit der EC-Flexibilitätsregelung eingeführt. Zusätzlich wurde eine Spannungsanalyse durchgeführt, um die regulatorischen Vorgaben einzuhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Optimierung effizient war, erneuerbare Ressourcen priorisierte, Kosten senkte und die Spannungsniveaus innerhalb der Grenzwerte blieben, selbst unter extremen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Optimierungsmodell ein effizientes Energiemanagement ermöglichte und garantierte, dass die Lasten während des gesamten analysierten Zeitraums gedeckt wurden. Die Einnahmen der EC stiegen bereits im ungünstigsten Fall um 30 % und überstiegen im günstigsten Fall das Dreifache, wenn die optimierte Methode angewendet wurde. Das Verhalten von BESS und EV war sowohl technisch als auch wirtschaftlich von entscheidender Bedeutung, da die Strategie des Ladens in Zeiten mit Überschuss oder niedrigen Tarifen und des Entladens in Zeiten mit Defizit oder hohen Preisen die Flexibilität erhöhte und die Kosten reduzierte. In allen Szenarien blieben die Spannungen selbst unter extremen Bedingungen innerhalb der gesetzlichen Grenzen. Es hat sich gezeigt, dass das vorgeschlagene Modell Flexibilität und Effizienz fördert und einen sicheren Betrieb im Einklang mit den Nachhaltigkeitszielen gewährleistet.

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Veröffentlicht

2025-06-18