@phdthesis{Li2023, author = {Li, Yang}, title = {Implementation of a network cluster model for large-scale renewable power estimation and effective energy utilization}, doi = {10.26127/BTUOpen-6456}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64562}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {With the large-scale expansion of decentralized power generation from renewable energy resources (RES) and reduction of fossil fuel-based power generation, this leads to fundamental structural changes in the power supply system. The transition is characterized by a shift from central to decentral, from directional to bi-directional. As the share of renewable power systems in the electricity grid increases, the inherent uncertainty of renewable energies poses challenges to the grid system's stability. To achieve increased efficiency, decarbonisation, decentralization, and digitisation in energy sector, a flexible and resilient energy system is required. Electrical energy data and non-electrical energy data are generated from various sources, including the supervisory control and data acquisition system (SCADA), geographic information system (GIS), and weather information system. Based on these data, different spatial and temporal models of energy systems and their databases are created and connected. This thesis contributes to the analysis of regional power performance. To this end, an efficient simplified grid-oriented network cluster is presented to account for the regional allocation of RES power systems. The model clustering includes the grid topology, temporal and spatial resolution, and the structure of electrical and non-electrical data. This approach contributes to methodological aspects of energy system modelling and analysis. In addition, based on the proposed cluster model, this thesis presents the physical profile-based and data-driven methods to estimate the regional large-scale photovoltaic (PV) and wind power generations. In order to adapt to the spatial-temporal heterogeneity of the regional renewable power generations and to improve the local power utilization rate, this thesis conducts empirical analyses of the regional energy storage and combined PV and wind power systems using cable pooling with shared grid connection. In summary, this thesis presents a flexible modelling approach that takes into account the regional allocation of renewable power systems and enables a more accurate estimation of regional power generation. The proposed model and analytical methods can help the efficiency and resiliency of the energy system and support the transition towards renewable energies.}, subject = {Decentralized power generation; Energy system modelling and analysis; Regional power generation; Grid-oriented network cluster; Regional energy storage; Dezentrale Stromerzeugung; Erneuerbare Energien; Elektrisches Energiesystem; Elektrizit{\"a}tsversorgungsnetz; Dezentrale Energieversorgung; Dezentrale Elektrizit{\"a}tserzeugung; Energiesystemmodellierung und -analyse; Regionale Stromerzeugung; Netzorientiertes Netzcluster; Regionale Energiespeicherung}, language = {en} } @phdthesis{Buckow2019, author = {Buckow, Benjamin}, title = {Entwicklung von Modellen und Methoden zur Qualifizierung f{\"u}r die Netzbetriebsf{\"u}hrung unter Einbeziehung eines neuartigen dynamischen Netzsimulators}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52267}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {Das elektrische Energieversorgungssystem in Europa, insbesondere in Deutschland, unterliegt vor allem seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes im Jahre 2000 enormen Ver{\"a}nderungen. Die {\"u}ber viele Jahre gewachsene Struktur einer zentralen Energieeinspeisung durch konventionelle Kraftwerke l{\"o}st sich zunehmend auf, getrieben durch den Ausstieg aus der Atom- sowie der Kohleenergie und es bildet sich ein dezentrales Energieversorgungsnetz, welches durch die Energieerzeugung aus erneuerbare Energien, allen voran Windenergie- und Photovoltaikanlagen, gepr{\"a}gt ist. Wesentliche Gr{\"u}nde dieser Ver{\"a}nderungen sind politische und regulatorische Rahmenbedingungen sowie der technische Fortschritt im Bereich der Erzeugung, Verbrauch und {\"U}bertragung von Energie. Durch diese Wandlung des Energieversorgungssystems werden die Netzbetriebsf{\"u}hrer zunehmend vor kritische Situationen gestellt, da die fluktuierende Einspeisung der erneuerbaren Energien nicht pr{\"a}zise vorhergesagt werden kann und somit Einspeisung und Verbrauch nicht mehr im Gleichgewicht sind. Dieses Defizit erreicht vermehrt eine Gr{\"o}ßenordnung, die durch Regelleistung nicht mehr ausgeregelt werden kann und ein Eingreifen der Netzbetriebsf{\"u}hrer in das Energie{\"u}bertragungsnetz nach sich zieht. Damit diese kritischen Situationen von den Netzbetriebsf{\"u}hrern zu jeder Zeit beherrscht werden k{\"o}nnen, ist es n{\"o}tig, das Personal f{\"u}r solche Szenarien zu qualifizieren. Dabei bedarf es Forschungsarbeit, um diese Qualifizierung an Simulator gest{\"u}tzten Schulungen mit geeigneten Netzmodellen und Szenarien sicherzustellen. Dabei muss die Interaktion und Kommunikation zwischen den Netzbetriebsf{\"u}hrern zentraler Bestandteil einer solchen Schulung sein. Insbesondere bei Netzwiederaufbau Szenarien ist die Einhaltung einer pr{\"a}zisen Kommunikation unter Ber{\"u}cksichtigung von Meldeketten und Weisungsberechtigungen. In dieser Arbeit wird solche eine Schulung unter Anwendung didaktischer Methoden ausarbeitet sowie Netzmodelle entwickelt, welche die Grundlage sind, um an einem solchen dynamischen Netzsimulationssystem Netzbetriebsschulungen durchzuf{\"u}hren. Dar{\"u}ber hinaus werden verschiedene Szenarien erstellt, um die unterschiedlichsten Aspekte der Netzbetriebsf{\"u}hrung unter Einbeziehung von Netzbetriebsf{\"u}hrern, Studierenden und Meister zu schulen.}, subject = {Netzbetrieb; Trainingssimulator; Schulung; Grid operation; Training simulator; Training; Elektrizit{\"a}tsversorgung; Management; Qualifikation; Simulation}, language = {de} } @phdthesis{Nanewortor2016, author = {Nanewortor, Xoese Kobla}, title = {A concept of renewable energy plant-storage capacity sizing for integration into electrical distribution network}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39437}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {Energy demand of continents, countries, communities and individuals will continue to increase in the phase of increasing population and improvement in the living standards of people. The attempt to meet this ever increasing demand and at the same time protect the environment has resulted in the fast growth of power generation from renewable sources of energy especially from wind through wind power plants and solar through photovoltaic power plants. This growth has been facilitated by various support schemes such as feed-in-tariff scheme, feed-in-premium and quota scheme. Further growth is expected in the future. This is because of the existing support schemes and the expectation of the emergence of improved technologies for harvesting renewable energy. This development of power generation from renewable sources of energy although positive lead to some distinctive negative effects on the existing electrical network to which they are connected. These negative effects are known and well documented. The fluctuating nature of wind and solar radiation at any given location over a given period of observation is seen to translate into the power they feed into the power network. This fluctuating infeed requires more active management of the network by system operators so as to ensure continuous reliable power generation and delivery. Sometimes the management process lead to non-utilization of power produced by the renewables sources. Secondly, expansion and reinforcement of some existing networks are needed in other to accommodate renewable power generators. These come at a cost. Many studies and researches have been dedicated to finding solutions to these issues. This work agrees with the use of storage systems as means of solving these issues but the question that remains unanswered is what the optimal way is. There is also a further push given to the view of installing renewable energy plants together with storage systems as a unit in this work. The main task presented in this work, however, is a concept of sizing renewable energy plant and storage systems as a unit. The resulting renewable energy plant-storage unit has the objective of supporting the electrical network to which it will be connected. Firstly the support should be by reducing the fluctuating effect from renewable production. Secondly by helping improve the load hosting capacity of the electrical network. This will be by supplying the part of the load demand leading to the reduction of the overall power drawn by connected loads from the electrical power network. Historic data of renewable resource and also the load demand at the point or bus of connection are the drivers of this concept. With the earlier mentioned objectives and random or stochastic nature of data involved, particle swarm optimization method is employed in implementing the concept of sizing to arrive at an optimal solution of required sizes of the renewable energy plant-storage system. The concept of sizing is based on proposing an ideal load demand that can be supplied by a utility under normal operating condition at all time. It follows that any extra demand should be supplied by the optimally sized renewable energy plant-storage unit. In this work sizing results of three scenarios presented. A single node network with three different types of the load was used in testing the effect of optimally sized renewable energy plant-storage system on an electrical network. The outcome of this test showed that the optimally sized renewable energy storage-system improved the ability of the test electrical network to support additional load hence load hosting capacity of test network was improved. The process required modelling and simulation all of which were carried out using MATLAB Simulink software.}, subject = {Storage sizing; Load hosting capacity; Particle swam optimization; Renewable energy; Lastaufnahmekapazit{\"a}t; Partikelschwarmoptimierung; Windkraftanlage; Erneuerbare Energie; MATLAB Simulink; Elektrizit{\"a}tsversorgungsnetz; Erneuerbare Energien; Windkraftwerk; Partikel-Schwarm-Optimierung}, language = {en} } @phdthesis{Bendig2022, author = {Bendig, Martin}, title = {Ein modellbasierter Beitrag zur r{\"a}umlichen und zeitlichen Analyse von Sektorenkopplungspotenzialen im transformierten Energieversorgungssystem}, doi = {10.26127/BTUOpen-5974}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59749}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Das deutsche Energieversorgungssystem soll bis zum Jahr 2050 umfassend transformiert werden. Auch wenn es auf dem Pfad zur vollst{\"a}ndigen Dekarbonisierung der Energieversorgung noch eine Vielzahl technischer Herausforderungen gibt, ist davon auszugehen, dass an der politischen Ambition einer treibhausgasneutralen Energieversorgung bis sp{\"a}testens zum Jahr 2045 festgehalten wird. Klimaschutz ist jedoch nur eine Dimension im Spannungsfeld Energiewende. Es gilt, {\"O}kologie, Wirtschaftlichkeit, technische Realisierbarkeit und Versorgungssicherheit sowie gesellschaftliche Aspekte in Einklang zu bringen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen wissenschaftlichen Beitrag zur Untersuchung eines durch erneuerbare Energieanlagen dominierten Energieversorgungssystems im Jahr 2050 zu leisten. Die Einspeisung elektrischer Energie aus Wind- und Photovoltaikanlagen unterliegt jedoch hohen Fluktuationen. Aus diesem Grund sind im zuk{\"u}nftigen Energieversorgungssystem hohe tempor{\"a}re Energie{\"u}bersch{\"u}sse und -defizite zu erwarten. Eine m{\"o}gliche L{\"o}sung k{\"o}nnte hierf{\"u}r die Sektorenkopplung darstellen. Die vollst{\"a}ndige Kopplung dieser Sektoren w{\"u}rde es erm{\"o}glichen, hohe Energie{\"u}bersch{\"u}sse sinnvoll zu verwenden oder auftretende Energiedefizite auszugleichen. Bedingt durch die fluktuierende EE-Einspeisung sind die Potenziale zur Nutzung von {\"u}bersch{\"u}ssiger elektrischer Energie in anderen Energie- und Wirtschaftssektoren im Zeitverlauf jedoch nicht konstant. Aus diesem Grund erscheint es sinnvoll, die Diskussion {\"u}ber Sektorenkopplungspotenziale auf zeitlich und r{\"a}umlich aufgel{\"o}ste Untersuchungen zu st{\"u}tzen. Ohne die Prognose und Modellierung von zeitlich und r{\"a}umlich hoch aufgel{\"o}sten Einspeise- und Lastzeitreihen ist es nicht m{\"o}glich, zielf{\"u}hrende Aussagen {\"u}ber Sektorenkopplungspotenziale und eine bedarfsgerechte Energiebereitstellung im zuk{\"u}nftigen Energieversorgungssystem zu treffen. Zur Quantifizierung und Prognose zuk{\"u}nftiger Sektorenkopplungspotenziale wurde im Rahmen dieser Dissertation ein vielseitig einsetzbares Energiemodell entwickelt und detailliert vorgestellt. Hierbei handelt es sich um eine modular aufgebaute, Microsoft Excel-basierte L{\"o}sung in Verbindung mit Visual Basic for Applications. So ist es m{\"o}glich, das Modell auf jedem modernen Windowssystem ohne weitere Software zu verwenden. Das Energiemodell wurde anschließend auf eine geeignete Modellregion f{\"u}r das Jahr 2050 angewendet. Im Energiemodell werden elektrische Erzeugungs- und Lastzeitreihen in st{\"u}ndlicher Aufl{\"o}sung f{\"u}r bis zu 200 Modellknoten (r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung) ermittelt, miteinander verrechnet und auf mehreren Modellebenen aggregiert. Am Beispiel der gew{\"a}hlten Modellregion konnten so die Sektorenkopplungspotenziale im Rahmen einer Sensitivit{\"a}tsanalyse umfangreich diskutiert werden. Damit war es m{\"o}glich, die Forschungsfragen dieser Dissertation detailliert zu beantworten.}, subject = {Sektorenkopplung; Energieversorgungssystem; Energiesystemmodellierung; Sector coupling; Energy supply system; Energy system modelling; Energieversorgung; Sektorkopplung}, language = {de} }