Simulierte Stromnetze

Leistungsschwankungen von Windkraftanlagen bringen die Belastbarkeit der Stromnetze an ihre Grenzen. (Bild: Tennet TSO)

Der Ausbau erneuer­barer Energien bringt das deutsche Stromnetz zunehmend an seine Grenzen. Insbesondere in Nord­deutschland werden große Mengen an Windstrom einge­speist: zu Spitzen­zeiten oftmals mehr, als über Strom­leitungen in den Süden und Westen des Landes transportiert werden kann, wo viele große Verbraucher sitzen. Experten des Jülich Super­computing Centre JSC haben nun gemeinsam mit dem Übertragungs­netzbetreiber Tennet ein spezielles Computer­system entwickelt. Es soll dazu beitragen, das über Jahrzehnte gewachsene Stromnetz an die Anfor­derungen durch die Energie­wende anzupassen. Der Netzbetreiber nutzt für den Ausbau Computer­simulationen der Lastflüsse im Stromnetz, die sich mit dem neuen System um das über dreißig­fache beschleu­nigen lassen.

Das „Smart Perfor­mance Cluster“ ist speziell auf die vom Unternehmen einge­setzten Anwendungen zuge­schnitten und stellt Ressourcen für Windows- und Linux-Software unter einer Oberfläche bereit. „Mit dem neu ent­wickelten System sind wir in der Lage, zahlreiche Berechnungen parallel auszu­führen. Dadurch bleibt mehr Zeit, die Berechnungs­ergebnisse in weiteren Dimensionen zu ana­lysieren und neue Erkennt­nisse zu erhalten. Zudem sind manche Berechnungen überhaupt erst durch die Einführung des neuen Systems möglich geworden, weshalb wir die Koopera­tion mit dem JSC als außer­ordentlich erfolgreich bewerten“, erklärt Stefan Schuh, der seitens Tennet für die Kooperation verant­wortlich ist.

Der Netzbe­treiber setzt umfang­reiche Simulations­werkzeuge ein, um den Bau und die Dimen­sionierung neuer Strom­leitungen zu planen. Zur Stabi­lisierung des Netzbetriebs ist es wegen Netzeng­pässen immer wieder notwendig, dass Kraftwerke, Windräder und Photo­voltaik-Anlagen zeitweise leistungs­begrenzt werden müssen. Die Abregelung erneuer­barer Energien erfolgt dabei nur im Notfall, als letzte Maßnahme bei an­dauernder Überlastung. Dennoch nahm die Menge an Ökostrom, in erster Linie aus der Windkraft, die durch das Einspeise­management verloren geht, in den letzten Jahren rapide zu. Im Rekordjahr 2017 entsprach sie in etwa fünf Prozent des gesamten erzeugten Windstroms.

Deutschland­weit entstanden für die Netzstabi­lisierung im Jahr 2017 Kosten von rund 1,4 Milliarden Euro. Dabei handelt es sich um zusätz­liche Aufwendungen, die sich nach Aussagen der Bundesnetz­agentur lang­fristig nur durch einen Netzausbau senken lassen. Für die optimale Anpassung und Auslegung neuer Leitungen strebt Tennet eine Simu­lation und Optimierung der Lastflüsse im gesamten Netz über ein ganzes Jahr hinweg an. Mit der bis­herigen Technik – die Simulations­software lief auf klas­sischen Servern – wäre die dazu not­wendige, massive Steigerung der Rechen­leistung allerdings nicht zu realisieren gewesen; auch aufgrund der Komplexität des deutschen Energie­systems, die im Zuge der Energie­wende enorm gestiegen ist.

Experten des JSC konnten nun im Rahmen einer Auftrags­arbeit für Tennet ihre Kenntnisse im Bereich des High Perfor­mance Computing einbringen und ein System entwickeln, das der Problemstellung gerecht wird. Gemeinsam mit einem IT-Dienst­leister und Entwicklern der Simulations­software haben sie die Anwen­dungen für die parallele Bearbeitung durch eine Vielzahl von Prozessoren angepasst und einen Parallel­rechner mit intel­ligenter Ressourcen­verwaltung auf die Anfor­derungen abgestimmt, mit dem sich die Simu­lationen und weitere Anwendungen signi­fikant beschleunigen lassen. (Quelle: FZJ / pro-physik.de)

Links: Jülich Supercomputing Centre JSC • Tennet TSO GmbH, Bayreuth

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