Bewertung einer regelzonenübergreifenden Organisation der Leistungs-Frequenz-Regelung

Cronenberg, Andreas; Sillaber, Alfons; Haubrich, Hans-Jürgen; Sauer, Dirk Uwe

doi:HT019739508

Bewertung einer regelzonenübergreifenden Organisation der Leistungs-Frequenz-Regelung = Evaluation of a cross-border organization of load-frequency control

Cronenberg, Andreas^RWTH*

2018

VerantwortlichkeitsangabeAndreas Cronenberg

Ausgabe1. Ed.

ImpressumAachen : Printproduction Verlag 2018

Umfang1 Online-Ressource (VII, 131 Seiten) : Illustrationen

ISBN978-3-941704-78-7

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Haubrich, Hans-Jürgen (Thesis advisor)^RWTH* ; Sauer, Dirk Uwe (Thesis advisor)^RWTH* ; Sillaber, Alfons (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-02-21

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-225447
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/728134/files/728134.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/728134/files/728134.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (614110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektrizitätsmärkte (frei) ; Guideline Electricity Balancing (frei) ; Leistungs-Frequenz-Regelung (frei) ; Regelleistung (frei) ; Regelreserve (frei) ; load-frequency control (frei) ; Übertragungskapazität (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Im Zuge der Dekarbonisierung der europäischen Stromerzeugung spielen Wind- und Photovoltaikanlagen eine zentrale Rolle. Deren mit Prognosefehlern behaftete Einspeisung erfordert vermehrt den Einsatz von Regelreserve. Steigende Kosten für die Systemdienstleistung der Leistungs-Frequenz-Regelung sind die Folge. Auf europäischer Ebene wird daher basierend auf den jüngst beschlossenen Guidelines Electricity Balancing und System Operation eine regelzonenübergreifend organisierte Leistungs-Frequenz-Regelung initiiert. Hieraus hervorgehende Kooperationen können zwar Effizienzsteigerungen ermöglichen, gleichzeitig aber den Stromhandel und die Versorgungssicherheit negativ beeinflussen. Dies muss bei einer weiteren Intensivierung der Zusammenarbeit beurteilt werden. In der Arbeit werden unterschiedliche Ansätze zur regelzonenübergreifenden Leistungs-Frequenz-Regelung bewertet. Begrenzt verfügbare Übertragungskapazität und daraus resultierende Wechselwirkungen mit dem Stromhandel beweisen sich als zentrale Fragestellung. Um unterschiedliche Konzepte zum Umgang mit Übertragungskapazität sowie ihre Auswirkungen auf die Märkte für Strom und Regelreserve quantitativ zu bewerten, werden geeignete Simulations- und Optimierungsverfahren entwickelt und vorgestellt. Simulationen zeigen, dass bei einer regelzonenübergreifend organisierten Leistungs-Frequenz-Regelung ökonomische Effizienzgewinne realisierbar sind ohne die Versorgungssicherheit negativ zu beeinflussen. Die Potentiale hängen stark vom Umgang mit Übertragungskapazität ab. Bei direkter Nutzungskonkurrenz ist die Verwendung für einen Stromhandel im Regelfall ökonomisch effizienter als für einen Austausch von Regelreserve. Das größte Potential verspricht eine wahrscheinlichkeitsbasierte Abschätzung nach dem Stromhandel verfügbarer Übertragungskapazität. Hierdurch kann eine Reservierung vermieden und die Gefahr hoher Opportunitätskosten entgangener Stromhandelsgeschäfte eliminiert werden. Im Gegenzug müssen Prognoseunsicherheiten bewertet werden.

Wind and photovoltaic systems play a central role in the decarbonization of European power generation. Their infeed, which is subject to forecast errors, increasingly requires the use of control reserve, resulting in rising costs for ancillary services. Based on the recently adopted Electricity Balancing and System Operation guidelines, an organized load-frequency control across control areas is being initiated on the European level. Cooperation resulting from this can indeed make efficiency increase possible but at the same time can have a negative impact on power trading and security of supply. This must be assessed if cooperation is to be further intensified. The thesis evaluates various approaches to cross-border load-frequency control. Limited transmission capacity and the resulting interactions with electricity power trade prove to be a key question. To evaluate various concepts quantitatively for dealing with transmission capacity as well as their effects on the markets for power and control reserve, simulation and optimization methodologies are developed and presented. Analyzes show that with an organized load-frequency control across control areas economic efficiency gains can be realized without negatively affecting security of supply. The potentials strongly depend on the handling of transmission capacity. In the case of direct competition, the use for power trading is usually more economically efficient than for an exchange of control reserve. The greatest potential is promised by a probability-based estimation of the available transmission capacity after closing of electricity trading This can avoid a reservation and eliminate the risk of high opportunity costs of lost electricity trading. In return, forecast uncertainties must be evaluated.

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