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About 23% of the German energy demand is supplied by natural gas. Additionally, for about the same amount Germany serves as a transit country. Thereby, the German network represents a central hub in the European natural gas transport network. The transport infrastructure is operated by transmissions system operators (TSOs). The number one priority of the TSOs is to ensure the security of supply. However, the TSOs have only very limited knowledge about the intentions and planned actions of the shippers (traders). Open Grid Europe (OGE), one of Germany’s largest TSO, operates a high-pressure transport network of about 12,000 km length. With the introduction of peak-load gas power stations, it is of great importance to predict in- and out-flow of the network to ensure the necessary flexibility and security of supply for the German Energy Transition (“Energiewende”). In this paper, we introduce a novel hybrid forecast method applied to gas flows at the boundary nodes of a transport network. This method employs an optimized feature selection and minimization. We use a combination of a FAR, LSTM and mathematical programming to achieve robust high-quality forecasts on real-world data for different types of network nodes.
About 20% of the German energy demand is supplied by natural gas. Ad-
ditionally, for about twice the amount Germany serves as a transit country. Thereby, the German network represents a central hub in the European natural gas transport network. The transport infrastructure is operated by so-called transmissions system operators or TSOs. The number one priority of the TSOs is to ensure security of supply. However, the TSOs have no knowledge of the intentions and planned actions of the shippers (traders).
Open Grid Europe (OGE), one of Germany’s largest TSO, operates a high-
pressure transport network of about 12.000 km length. Since flexibility and security of supply is of utmost importance to the German Energy Transition (“Energiewende”) especially with the introduction of peak-load gas power stations, being able to predict in- and out-flow of the network is of great importance.
In this paper we introduce a new hybrid forecast method applied to gas
flows at the boundary nodes of a transport network. The new method employs optimized feature minimization and selection. We use a combination of an FAR, LSTM DNN and mathematical programming to achieve robust high quality forecasts on real world data for different types of network nodes.
Keywords: Gas Forecast, Time series, Hybrid Method, FAR, LSTM, Mathematical Optimisation
Die europaische Gasinfrastruktur wird disruptiv in ein zukunftiges dekarbonisiertes Energiesystem verändert; ein Prozess, der angesichts der jüngsten politischen Situation beschleunigt werden muss. Mit einem wachsenden Wasserstoffmarkt wird der pipelinebasierte Transport unter Nutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur wirtschaftlich sinnvoll, trägt zur Erhöhung der öffentlichen Akzeptanz bei und beschleunigt den Umstellungsprozess. In diesem Beitrag wird die maximal technisch machbare Einspeisung von Wasserstoff in das bestehende deutsche Erdgastransportnetz hinsichtlich regulatorischer Grenzwerte der Gasqualität analysiert. Die Analyse erfolgt auf Basis eines transienten Tracking-Modells, das auf dem allgemeinen Pooling-Problem einschließlich Linepack aufbaut. Es zeigt sich, dass das Gasnetz auch bei strengen Grenzwerten gen ̈ugend Kapazität bietet, um für einen großen Teil der bis 2030 geplanten Erzeugungskapazität für grünen Wasserstoff als garantierter Abnehmer zu dienen.
Die europäische Gasinfrastruktur wird disruptiv in ein zukünftiges dekarbonisiertes Energiesystem verändert; ein Prozess, der angesichts der jüngsten politischen Situation beschleunigt werden muss. Mit einem wachsenden Wasserstoffmarkt wird der pipelinebasierte Transport unter Nutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur wirtschaftlich sinnvoll, trägt zur Erhöhung der öffentlichen Akzeptanz bei und beschleunigt den Umstellungsprozess. In diesem Fachbeitrag wird die maximal technisch machbare Einspeisung von Wasserstoff in das bestehende deutsche Erdgastransportnetz hinsichtlich regulatorischer Grenzwerte der Gasqualität analysiert. Die Analyse erfolgt auf Basis eines transienten Tracking-Modells, das auf dem allgemeinen Pooling-Problem
einschließlich Linepack aufbaut. Es zeigt sich, dass das Gasnetz auch bei strengen Grenzwerten genügend Kapazität bietet, um für einen großen Teil der bis 2030 geplanten Erzeugungskapazität für grünen Wasserstoff als garantierter Abnehmer zu dienen.
This study examines the usability of a real-world, large-scale natural gas transport infrastructure for hydrogen transport. We investigate whether a converted network can transport the amounts of hydrogen necessary to satisfy current energy demands. After introducing an optimization model for the robust transient control of hydrogen networks, we conduct computational experiments based on real-world demand scenarios. Using a representative network, we demonstrate that replacing each turbo compressor unit by four parallel hydrogen compressors, each of them comprising multiple serial compression stages, and imposing stricter rules regarding the balancing of in- and outflow suffices to realize transport in a majority of scenarios. However, due to the reduced linepack there is an increased need for technical and non-technical measures leading to a more dynamic network control. Furthermore, the amount of energy needed for compression increases by 364% on average.