Open Access

Dominik Heide

• Renewable energy sources will play an important role in future generation of electrical energy. This is due to the fact that fossil fuel reserves are limited and because of the waste caused by conventional electricity generation. The most important sources of renewable energy, wind and solar irradiation, exhibit strong temporal fluctuations. This poses new problems for the security of supply. Further, the power flows become a stochastic character so that new methods are required to predict flows within an electrical grid. The main focus of this work is the description of power flows in a electrical transmission network with a high share of renewable generation of electrical energy. To define an appropriate model, it is important to understand the general set-up of a stable system with fluctuating generation. Therefore, generation time series of solar and wind power are compared to load time series for whole Europe and the required balancing or storage capacities analyzed. With these insights, a simple model is proposed to study the power flows. An approximation to the full power flow equations is used and evaluated with Monte-Carlo simulations. Further, approximations to the distributions of power flows along the links are analytically derived. Finally, the results are compared to the power flows calculated from the generation and load data.
• Erneuerbare Energien werden zukünftig eine große Rolle bei der Versorgung mit elektrischer Energie spielen. Zum einen entstehen keine Abgase, die mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht werden, als auch keine radioaktiven Abfälle. Zum anderen bedeutet der Einsatz von regenerativen Energiequellen Unabhängigkeit von endlichen fossilen Energieträgern. Die wichtigsten erneuerbaren Energiequellen, Wind- und Solarenergie, zeigen starke zeitliche Fluktuationen. Dies stellt ein Problem für die Versorgungssicherheit dar. Ein anderes wichtiges Problem ist, dass die resultierenden Leistungsflüsse bei einen hohen Anteil erneuerbarer Energieerzeugung einen stochastischen Charakter bekommen. Der Hauptfokus dieser Arbeit liegt auf der Beschreibung von Leistungsflüssen, die aus fluktuierender Energieerzeugung resultiert. Für die Formulierung sinnvoller Modelle ist es wichtig die Rahmenbedingungen zukünftiger Energiesysteme zu verstehen. Daher werden Zeitreihen von Wind- und Solarerzeugung mit der Last verglichen und der Bedarf an Ausgleichskraftwerken oder Speicher ermittelt. Zur Beschreibung der Leistungsflüsse wird ein einfaches Modell formuliert. Eine Näherung der Flussgleichungen wird verwendet und mit Hilfe von Monte-Carlo Simulationen ausgewertet. Im folgenden werden Näherungen der Flussverteilungen auf den Links analytisch hergeleitet. Diese Ergebnisse werden mit den Leistungsflüssen basierend auf den Daten verglichen.