AG Turbo: TurboTrans – Turbomaschinen für die Transformation in das integrierte Energiesystem der Zukunft:
Optimierter Betrieb und Systemintegration von Luftspeicherkraftwerken für die zukünftige Energieversorgung

Luftspeicherkraftwerke (CAES/LAES) sind für eine erfolgreiche Energiewende von entscheidender Bedeutung. Ihr Einsatz ist jedoch mit zahlreichen Herausforderungen und damit hohen Anforderungen an die in ihnen eingesetzten Turbomaschinen verbunden: Schnellstartfähigkeit (minimale Anfahrzeiten zur schnellen Bereitstellung von elektrischer Leistung), Netzanforderungen (Konformität des Betriebs bezüglich der sog. Grid Codes) und optimale Betriebsstrategien (ertragsmaximal, minimaler Verbrauch von Lebensdauer, minimale Startzeiten, …). Nach der Untersuchung und Evaluierung dieser Aspekte werden automatisierte Betriebsstrategien auf Basis von modellprädiktiver Regelung (MPC) und Reinforcement Learning (RL) entwickelt sowie an validierten Anlagenmodellen simuliert und schließlich evaluiert. Hiernach werden die Konzepte zu einem ganzheitlichen Automationssystem für Luftspeicherkraftwerke für den transienten und stationären Betrieb zusammengefasst, das einen quasi-autonomen Betrieb ermöglichen kann.
Der Arbeitsplan besteht aus drei wesentlichen Phasen:

1. In der ersten Phase geht es um die Konzepterarbeitung und die Modellierung. Sie beinhaltet die Auswahl, Modellbildung und Validierung einer geeigneten CAES/LAES-Anlage sowie die Erstellung des zugehörigen Basisregelungskonzeptes.
2. Gegenstand der zweiten Phase ist die Entwicklung der einzelnen Regelungs- bzw. Automationskonzepte: Zunächst erfolgt die Entwicklung eines intelligenten Anfahrreglers auf Basis von Reinforcement Learning. Daran schließt sich die Konzeptionierung und Programmierung eines modellprädiktiven Betriebsreglers an, der auf dynamische Lastanforderungen spezialisiert ist, um optimale Netzstützung und Grid Code-Konformität zu erreichen. In der dritten Phase wird der Betriebsregler um flexible Zielfunktionen erweitert, um spezifische Ziele (ökonomische Optimalität, minimale Laständerungszeiten, minimaler Lebensdauerverbrauch, …) zu implementieren.
3. Die dritte Phase umfasst hauptsächlich die Integration der drei Regler in ein Gesamtregelungs- und Automationssystem, das um ein Expertensystem ergänzt wird, um autonom die aktuell günstigste Betriebsstrategie zu wählen. Das System wird anschließend umfassend getestet und validiert.

Abbildung 1: Turbomaschinen für Speicherkraftwerke (Quelle: Everllence SE)

Primäres Ziel dieses Vorhabens ist die Untersuchung von im Zusammenhang mit der Systemintegration von Luftspeicherkraftwerken (CAES/LAES) vorhandenen Herausforderungen. Ihnen soll im vorliegenden Fall regelungs- und automatisierungstechnisch begegnet werden. Die Entwicklungsergebnisse leisten damit einen Beitrag zum optimierten Betrieb und zur Systemintegration von Luftspeicherkraftwerken für die zukünftige Energieversorgung und unterstützen damit die Transformation in das integrierte Energiesystem der Zukunft.

Die Untersuchungsergebnisse ermöglichen äußerst flexible und den Anforderungen der Energiewende gerecht werdende Speichertechnologien und fließen unmittelbar in deren Entwicklung bzw. Weiterentwicklung ein. Aus den im Rahmen des Vorhabens gewonnenen, umfangreichen Prozess- und Systemkenntnissen ergeben sich bereits kurzfristig wirtschaftliche Verwertungsmöglichkeiten. Ein langfristiges Ziel ist die Verwertung der Projektergebnisse in Form von als Komplettanlagen entwickelten und vollautonom betriebenen CAES/LAES-Maschinensträngen.

Everllence SE

01.01.2025 – 31.12.2027

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