ERAFlex II - Effektive Rahmenbedingungen für einen kostenoptimalen EE-Ausbau mit komplementären dezentralen Flexibilitätsoptionen im Elektrizitätssektor II

Abstract

Zur Analyse der zukünftigen Entwicklung des Energiesystems werden fundamentale Bottom-Up-Optimierungsmodelle eingesetzt. Solche Modelle gehen in der Regel von perfekten Marktbedingungen aus. Agentenbasierte Modelle können Marktimperfektionen abbilden, was im Ergebnis zu einem "realistischeren" Systemergebnis beiträgt. In solchen Modellen gelingt bisher allerdings keine Optimierung eines so abgebildeten Systems, z. B. hinsichtlich der Systemkosten. Das Projekt hatte die Minimierung der Differenz zwischen idealen Systementwürfen und den agentenbasierten Modellergebnissen ("Efficiency Gap") zum Ziel. Dazu wurde eine bidirektionale Kopplung des Optimierungsmodells E2M2 und des agentenbasierten Strommarktmodells AMIRIS entwickelt und untersucht. Zu diesem Zweck wurden die beiden Modelle vollständig harmonisiert. Zudem wurde AMIRIS um die Modellierung konkurrierend bietender Flexibilitätsoptionen sowie Lastverschiebung erweitert. Für E2M2 wurde ein Kaskadenverfahren entwickelt, das eine systematische Reduktion der Komplexität des Problems unter geringem Genauigkeitsverlust erlaubt. Es wurden drei verschiedene Kopplungsparameter untersucht: Die Kopplung mittels Übertragung des AMIRIS-Speichereinsatzes an E2M2. Während hier ohne bestehende Kapazitäten eine Eliminierung des Efficiency Gaps erreicht werden konnte, traten in komplexeren Szenarien Konvergenzprobleme auf. Keine Konvergenz konnte bei Kopplung mittels der Erhöhung der Stromnachfrage in E2M2 erreicht werden. Bei der Kopplung mittels zusätzlicher Kapazitäten in E2M2 konnte rasch Konvergenz erreicht werden, allerdings unter unzureichender Reduktion des Efficiency Gaps. In Bezug auf die Systemzusammensetzung wurde bei nahezu allen Kopplungen weniger PV und mehr Speicher eingesetzt und die Systemkosten gegenüber dem Kostenoptimum fielen höher aus. Es besteht weiterer Forschungsbedarf, wie sich einzelwirtschaftliche Strategien mit einer optimalen Kapazitätsausbauplanung robust verbinden lassen. Datei-Upload durch TIB Fundamental bottom-up optimisation models are used to analyse the future development of the energy system. Such models generally assume perfect market conditions. Agent-based models can consider market imperfections, which contributes to a more "realistic" system result. However, by design, such models have not yet succeeded in optimising a system with regard to system costs. The aim of the project was to minimise the difference between ideal system designs and the agent-based model results ("efficiency gap"). To this end, a bidirectional coupling of the optimisation model E2M2 and the agent-based electricity market model AMIRIS was developed and investigated. The two models were fully harmonised for this purpose. In addition, AMIRIS was expanded to include the modelling of competing flexibility options and load shifting. A cascade method was developed for E2M2, which allows a systematic reduction in the complexity of the problem with minimal loss of accuracy. Three different coupling parameters were analysed: Coupling by transferring the AMIRIS storage dispatch as input to E2M2. While an elimination of the efficiency gap could be achieved for systems without existing capacities, convergence problems occurred in more complex scenarios. No convergence could be achieved with coupling by increasing the electricity demand in E2M2. Convergence was quickly achieved with coupling by means of additional capacities in E2M2, but with insufficient reduction of the efficiency gap. With regard to the system composition, less PV and more storage was used in almost all couplings and the system costs were higher compared to the cost optimum. There is a need for further research into how business-oriented strategies can be robustly combined with optimised capacity expansion planning.