Forschungsbericht 2017

Planung im Kraftwerkseinsatz

Stochastische Optimierung des Speicher-Kraftwerks-Einsatzes

Im Rahmen des Forschungsprojektes Sharpening up Stochastic Optimization wurde im Energiewirtschaftlichen Planungssystem VERBUND (EPV) das Software-Modul für die mittelfristige Optimierung des Kraftwerks- und Speichereinsatz im Wasserkraftbereich neu konzipiert und implementiert.

Bei den alpinen Jahresspeicherkraftwerken gibt es naturgemäß eine starke Kopplung zwischen Entscheidungen, die heute zu treffen sind, und daraus resultierenden Erlösen und Risikopotentialen in der Zukunft. Wasser, das heute (nicht) turbiniert wird, steht in der Zukunft nicht mehr zur Verfügung (bzw. kann und muss in der Zukunft abgearbeitet werden). Künftige Strompreise und hydrologische Zuflüsse sind heute jedoch nicht exakt determiniert, sondern nur statistisch schätzbar. Deshalb sollte für die mittelfristige Planung der Ansatz der stochastischen Optimierung angewendet werden, welcher die statistische Natur dieser Einflussfaktoren sowie die Flexibilität der Speicherkraftwerke explizit berücksichtigt. Ein solches Verfahren stellt im Vergleich zu einem herkömmlichen (deterministischen) Optimierungsansatz eine erhebliche IT-technische und auch mathematische Herausforderung dar.

Ziel des Projektes war eine praxistaugliche Software, welche stochastische Optimierung ohne große Einschränkungen bei der Modellgenauigkeit implementiert. Diese Software wurde in-house unter dem Namen Aquasar realisiert.

Das Speicher-Kraftwerks-Modell berücksichtigt neben der Speichertopologie u.a. auch Reservevorhaltung, durchfluss- und fallhöhenabhängige Wirkungsgrade sowie energie- und wasserwirtschaftliche Auswirkungen auf die unterliegenden Laufkraftwerke.

Die Lösung der Optimierungsaufgabe erfolgt unter Benutzung einer speziellen Software-Bibliothek namens Quasar, die von dem Wiener Startup Quantego erworben wurde. Diese Bibliothek benötigt neben dem aufbereiteten Speicher-Kraftwerks-Modell auch die stochastischen Einflussfaktoren (Strompreise und hydrologische Zuflüsse), und zwar in Form von so genannten rekombinierenden Szenariobäumen. Diese Bäume verlaufen über den mehrjährigen Planungshorizont und weisen tägliche Verzweigungen auf, die die verschiedenen Möglichkeiten in der Zukunft beschreiben. Sie werden auf Basis von statistischen Methoden generiert.

Stochastische Optimierung ist auf dieser Basis für die vernetzte VERBUND-spezifische Speicher-Kraftwerks-Konfiguration inklusive Laufwasserkraft nun erstmals auch in stündlicher Zeitauflösung über mehrere Jahre sinnvoll möglich. Dieser stündliche Zeitraster entspricht dem auf den Strombörsen üblichen Zeitraster. Das Projekt stellt somit einen
signifikanten Baustein in der erlösoptimierten, nachhaltigen und sicheren Bewirtschaftung der alpinen Speicherkraftwerke dar.

Weitere Projekte

Weiterentwicklung Prognosesystem „Zuflussprognose“ – PROVIS
Inhalt: Nutzung der rasanten Entwicklung bei den numerischen Wettermodellen zur Verbesserungen der komplexen Zuflussprognosen für die Einsatzplanung der VERBUND-Wasserkraftwerke bei allen Abflussverhältnissen; Zusammenspiel von detaillierten Modellen und operativen Modellen mit Rechenzeitbeschränkungen
Partner: Zusammenarbeit mit Universität für Bodenkultur, ZAMG