PyPSA für indonesische Energiesystemstudien

Entwicklung eines gemischt-ganzzahligen Dispatch-Tools zur Unterstützung der RE-Integration

Als Teil der zweiten Phase des vom Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung beauftragten und von der GIZ implementieren „1.000 Islands Renewable Energy for Electrification Programme (REEP2)“ unterstützt Energynautics im Rahmen eines Dreijahresvertrags die Integration erneuerbarer Energien in Indonesien, nachdem bereits eine ähnliche Vereinbarung für die erste Projektphase von 2017 bis 2020 geschlossen wurde.

Eines der wichtigsten Projekte im Rahmen des Programms ist die Durchführung einer Systembetriebsstudie in den beiden Stromversorgungssystemen von Sulawesi, einer der indonesischen Hauptinseln. Zu diesem Zweck wird ein gemischt-ganzzahliges Optimierungswerkzeug benötigt, um Kraftwerkseinsatz und -fahrpläne in verschiedenen Szenarien (Dispatch) unter Berücksichtigung von Netz- und Sicherheitseinschränkungen (security constrained optimal power flow, SCOPF) zu simulieren.

Anstatt eine kommerzielle Software zu verwenden, beschloss Energynautics, die Open-Source-Software PyPSA zur Optimierung von Stromversorgungssystemen, die bereits einige der benötigten Funktionen enthält, durch zusätzliche, selbst entwickelte Pakete zu erweitern. Zu den hinzugefügten Funktionen gehören die folgenden:

  • Detaillierte Modellierung von Wirkungsgradkurven, einschließlich mehrstufiger Wirkungsgrade für GuD-Anlagen;
  • Erweiterte Wasserkraftmodellierung zur angemessenen Darstellung kaskadierter Wasserkraftwerke;
  • Vorab-Optimierung geplanter Ausfälle, Nutzung von Wasserreservoiren und Langfristverträgen;
  • Optimierung der primären und sekundären Regelleistung.

Das erweiterte Modell wird für die Sulawesi-Betriebsstudie verwendet, steht aber auch für andere Systemstudien zur Verfügung und wird das frühere hauseigene Tool ENAplan von Energynautics ersetzen, von dem einige Funktionen übernommen wurden.

Image 1: Modelling: Efficiency curve of open gas turbine (left) and 2+1 CCGT with bypass stack (right) / Abbildung 1: Modellierung: Wirkungsgradkurve einer offenen Gasturbine (links) und eines 2+1 GuD-Kraftwerks mit Bypass (rechts

Image 2: Model output: Hourly unit commitment and active power dispatch for five days, example system including all technologies currently utilized. / Abbildung 2: Ergebnis des Modells: Stündliche Blockbindung und Wirkleistungseinsatz für fünf Tage, Beispielsystem mit allen derzeit eingesetzten Technologien.

Image 3: Model output: Hourly dispatch of primary reserve capacity to available generation units. / Abbildung 3: Ergebnis des Modells: Stündliche Zuteilung von Primärreservekapazität an verfügbare Erzeugungseinheiten.

Image 4: Model output: Optimized maintenance schedules across one year, blocks marking capacity under maintenance. / Abbildung 4: Ergebnis des Modells: Optimierte Wartungspläne für ein Jahr, Blöcke zeigen wartungsbedingt nicht verfügbare Kapazität.