Stochastische Optimierung mit rekombinierenden Szenariobaumen - Analyse dezentraler Energieversorgung mit Windenergie und Speichern

摘要

Im Hinblick auf den in Deutschland wachsenden Windenergieanteil und die steigenden Rohstoffpreise fur Primarenergietrager stellt sich die Frage, unter welchen Einsatzbedingungen Speicher fur elektrische Energie in einem durch zunehmende Unsicherheiten gepragten Umfeld durch zeitliche Entkopplung von Angebot und Nachfrage einen Beitrag zur kostengunstigen Strombereitstellung liefern konnen. Zur Untersuchung dieser Fragestellung betrachten wir ein Optimierungsmodell eines Energieerzeugungssystems zur regionalen Stromversorgung, bestehend aus thermischen Kraftwerken, Windenergie, verschiedenen Speichersystemen sowie der Moglichkeit des Stromimports und -exports. Die Ermittlung eines kostenminimalen Einsatzplans ermoglicht die Untersuchung der Wirtschaftlichkeit und optimalen Dimensionierung der eingesetzten Speichertechnologien. Die Unsicherheiten hinsichtlich der zeitlichen Verfugbarkeit von Windenergie sowie der Entwicklung der EEX-Preise finden in Form stochastischer Prozesse Eingang in das Modell. Da einerseits zur Untersuchung optimaler Investitions- und Ausbauentscheidungen Modelle mit langerfristigen Planungshorizonten betrachtet werden, andererseits die detaillierte Abbildung der zufalligen und stark fluktuierenden Parameter eine hohe zeitliche Auflosung erfordert, ist das resultierende Optimierungsproblem aufgrund seiner Dimension mit verfugbaren Standardlosern nicht mehr behandelbar. Eine Reduktion der Komplexitat kann durch die Verwendung rekombinierender Szenariobaume erreicht werden. Jedoch lassen diese im Allgemeinen die Berucksichtigung zeitkoppelnder Restriktionen, welche insbesondere fur den Betrieb von Speichern wesentlich sind, nicht zu. Daher verwenden wir die in [7] entwickelten Dekompositionstechniken, welche die Struktur rekombinierender Szenariobaume zur simultanen Approximation von Teilproblemen nutzen. Dies ermoglicht die Betrachtung langer Zeithorizonte bei gleichzeitig guter Abbildung der volatilen stochastischen Prozesse in hoher zeitlicher Auflosung.