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Gas Lab

Forschungs- und Entwicklungsthemen

  • Entwicklung eines mathematischen Modells für die dynamische Nominierungsvalidierung
  • Überführung dieses Modells in lösbare Teilaufgaben
  • Erforschung von Lösungsverfahren für diese Teilaufgaben
  • Ermittlung, Bereitstellung und Bereinigung der notwendigen Daten
  • Entwicklung eines prototypischen Optimierungsverfahrens

Projektbeschreibung

Das deutsche Hochdruck-Gas-Pipelinenetz hat eine Gesamtlänge von ca. 50.000 km. Pro Monat werden darüber bis zu 120 Mrd. kW/h Energie transportiert. Dies entspricht etwa dem 10-fachen der Stromerzeugung aller deutschen Kernkraftwerke. Erdgas trägt mit über 20% zur Gesamtenergieversorgung Deutschlands bei und ist damit neben Kraftstoffen der wichtigste Energieträger. Entsprechend ist das Gastransportsystem von hoher gesellschaftlicher und politischer Relevanz. Ausbaumaßnahmen haben einen langen Zeithorizont und sind ebenso wie Unterhaltung und Betrieb kostenintensiv. Die optimale Ausnutzung der vorhandenen Kapazitäten bietet daher hohe Sparpotentiale.

Die beteiligten Lieferanten und Abnehmer müssen derzeit dem Transportnetzbetreiber etwa einen Tag vor dem Bedarf ihre erwarteten Gasabnahmemengen melden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Nominierung. Der Netzbetreiber steuert dann sein Netz entsprechend, dabei hat die Versorgungssicherheit höchste Priorität. Gleichzeitig wird ein Teil des Gases im Netz verwendet, um die Energie für den Transport zu liefern. Dem Netzbetreiber obliegt es nun, eine größtmögliche Menge von Bestellungen bei gleichzeitig möglichst geringem Eigenverbrauch zu bedienen. Die Steuerung des Netzes ist hochgradig nicht-linear komplex und durch das Speicherverhalten des Netzes zeitlich schwer zu überblicken. Es besteht immer das Risiko, dass eine jetzt getroffene Entscheidung zu einem Engpass zu einem späteren Zeitpunkt führt. Daher besteht der wichtigste Aspekt des Projekts darin, frühzeitig kritische Situationen zu erkennen und Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

MODAL will die Grundlagen für die Entwicklung einer dynamischen Nominierungsvalidierung erforschen. Diese würde dann ausgehend vom aktuellen Netzzustand und den vorliegenden Nominierungen einen optimierten Steuerungsplan für das Netz für die kommenden 1 bis 3 Tage berechnen. Damit wäre die Grundlage für ein automatisches Verfahren zur Steuerung von Gasnetzen gelegt.

Ein solches Verfahren würde vielfältigen Nutzen generieren: Die Versorgungssicherheit würde deutlich erhöht, da nun frühzeitig gewarnt werden kann, wenn eine nicht betreibbare Situation im Netz zu entstehen droht. Dabei wären die Algorithmen in der Lage, Lösungen für Steuerungsprobleme zu finden, die für menschliche Disponenten schwer oder gar nicht erkennbar sind. Aus demselben Grund würde sich auch die Kapazität des Gasnetzes erhöhen, so dass Transportaufgaben durchführbar werden, die derzeit nicht überschaubar sind. Dies würde besonders die Bundesnetzagentur begrüßen, da es hiermit möglich wäre, freie Kapazitäten sehr kurzfristig anzubieten und auszunutzen.

Durch die Berechnung eines optimierten Steuerungsplanes wird es möglich sein, Betriebskosten einzusparen: Schon eine Reduktion der Transportenergiekosten um 10% würde der Leistung eines Kernkraftwerks entsprechen. Letztlich würden solche Verfahren auch wesentlich bessere Reaktionsmöglichkeiten auf geopolitische Ereignisse, wie verminderte Gaslieferungen aus Russland bieten.

Die Online-Berechnung einer optimierten Fahrweise für ein großes Gas-Transportnetz mit einem 1-3 -tägigen Zeithorizont ist eine mathematisch derzeit unlösbare Aufgabe. Ziel des GasLabs ist es, ein prototypisches Verfahren zu entwickeln, das anhand realer Daten die automatische Berechnung eines Steuerungsplans mit ausreichender Genauigkeit ermöglicht. Die Herausforderung dieses Projektes liegt gleichermaßen darin, geeignete Modelle zu entwerfen, neue Optimierungsalgorithmen zu entwickeln und einen Weg zu finden, die notwendigen, aber extrem umfangreichen Daten in geeigneter Weise bereitzustellen.

Projektleitung: Prof. Dr. Thorsten Koch

Last modified onMonday, 16 February 2015 13:52
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