Project

Discipline

Electricity markets; Electricity Grids; Renewable energy potential; "Secure" RES Integration

Lead
Das Projekt AFEM untersucht die Struktur und Gestaltung der Energiemärkte der Zukunft um die Ziele der Energiestrategie 2050 zu erreichen. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Bewertung des Potentials der Schweiz in Bezug auf variable erneuerbare Energiequellen wie Windkraft oder Solarenergie und deren entsprechende Integration in das Schweizer Stromnetz.
Lay summary
Stromnetze in ihrer heutigen Form können erneuerbare Energiequellen nur zu einem gewissen Grad aufnehmen. Bei bestehenden herkömmlichen Kraftwerken kann die gelieferte Energie einfach und direkt durch Regulierung der Primärenergiequellen angepasst werden, oder die Kraftwerke liefern eine konstante Bandlast. Dies steht im starken Gegensatz zu einem künftigen Versorgungsszenario, bei dem die massgebliche Menge der eingespeisten Energie davon abhängen wird, wieviel Sonnenstrahlung oder Wind zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Bei einem hohen Erzeugungsanteil an erneuerbaren Energien können Situationen entstehen, bei denen der Strombedarf nicht voll gedeckt werden kann.  Um kritische Situationen durch diese erhöhte Variabilität zu vermeiden, müssen die Netzbetreiber ausreichend Reserveenergie zur Verfügung stellen und zu den Nachfragepunkten übertragen. Die Menge der verfügbaren Reserveenergie ist dabei eine wichtige Kenngrösse für den sicheren Netzbetrieb.  Ziel des Projektes ist es, zu bestimmen, wie gross in der Schweiz das Potential für erneuerbare Energiequellen ist, welche in das Stromnetz integriert werden können, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.  Damit einhergehend erfolgt eine detaillierte Analyse der Netzstruktur, des Energieportfolios sowie der der geographischen und klimatischen Bedingungen.  Es werden geeignete Optimierungsalgorithmen entwickelt, um die besten Standorte für Windkraft- und Solaranlagen für verschiedene Zukunftsszenarien zu bestimmen, und um eine sichere Energieversorgung mit einem möglich hohen Anteil an erneuerbaren Energie zu gewährleisten.

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Last update: 21.10.2014

Active participation

Self-organised

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The key issues addressed in the umbrella project "Assessing Future Electricity Markets" (AFEM) require a preliminary quantification of the exploitable potential of stochastic renewable energy (RE) sources and a feasibility analysis of their grid integration. Indeed, existing power systems are designed to accommodate significant variability in the form of changes in load or the loss of generation (either planned or unplanned). However, as stochastically varying renewable power generation increases to higher levels, the additional variability can jeopardize system operation. To account for the added variability, the utility operators must have a increased amount of generation available to cover either a surplus- or a lack of RE production. This flexible generation is referred to as reserve energy. In order to balance generation with load on a minute-by-minute, hourly, or daily basis, the variability of both the generation and the load must be examined, and different types of reserve energy are required, depending on the considered timescale and required amount. While traditional measures such as loss-of-load probability (LOLP) and loss-of-load expectation (LOLE) are used to identify system reliability concerns, reserve requirements represent a key signal concerning power system operating measures and requirements, and more in general the overall system security (e.g. voltage violations and overloads) is also affected by the increased presence of volatile energy sources. As a first step then it is required to assess how much potential there is for renewable energy sources in the Swiss electricity system and where they would be precisely located, which requires a detailed geophysical and geographic modelling and analysis of Switzerland inclusive of climatic and seasonal conditions. Furthermore, possible network expansions will also affect power flow in the grid, but their planning, approval and construction process is considerably onerous, time-consuming and often subject to a certain degree of decisional uncertainty, so that the likelihood that individually planned expansions may be effectively integrated into the grid (and within which timeframe) will have to be assessed. This information can then be employed in a final stage where the impact of renewable energy (RE) sources on system operation (featuring the updated topology) in terms of load supply, reserve requirements and network security will be investigated and numerically established.