Verbundprojekt CoNDyNet - Kollektive Nichtlineare Dynamik Komplexer Stromnetze

Im Rahmen des Verbundprojektes 'Kollektive Nichtlineare Dynamik Komplexer Stromnetze (CoNDyNet)' erarbeiten theoretische und angewandte Wissenschaftler sowie Industriepartner in enger Zusammenarbeit grundlegende Kriterien zur Stabilität, Ausfallsicherheit, Risiken und Marktanbindung zukunftsfähiger Stromnetze. Die umfassende Versorgung mittels erneuerbarer Energiequellen im gesamten europäischen Raum stehen dabei im Fokus.

The project website is located at http://condynet.de. You can find a list of related publications here.

The final report is published online under http://dx.doi.org/10.2312/PIK.2018.005

Eine verlässliche Stromversorgung und damit eine stabile Verteilung elektrischer Energie ist heute für alle Bereiche unserer Gesellschaft essentiell. Konventionelle Energieversorgungssysteme sind zentral organisiert und werden auch weitgehend zentral kontrolliert. Dieses Funktionsprinzip steht durch den Umbau der Stromerzeugung vor großen Herausforderungen, weil die Einbindung erneuerbarer Energien kleinteilige, heterogene und dezentrale Erzeugung mit sich bringt, die zudem von Fluktuationen geprägt und nur eingeschränkt vorhersagbar ist. Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Primärenergien wird eine systemübergreifende Betrachtung der kollektiven Dynamik des Stromnetzes unter Berücksichtigung von Fluktuationen und stärkerer Marktanbindung unerlässlich. Insbesondere müssen mehrfach und gleichzeitig wirksame, nichtlineare Rückkopplungen im Netz verstanden werden, damit das Netz vorhersagbar und kontrollierbar wird.


Das Verbundprojekt CoNDyNet ist im Rahmen der Förderinitiative 'Zukunftsfähige Stromnetze - Forschungsinitiative der Bundesregierung' (http://forschung-stromnetze.info/) äußerst erfolgreich. In seinem Fokus steht das Verständnis kollektiver Effekte in Stromnetzen und Energiesystemen, die aus der komplexen Wechselwirkung seiner (technisch-physikalischen wie ökonomischen) Teilsysteme entstehen. Es wird von einer interdisziplinären Gruppe aus Physikern, Ingenieuren und Ökonomen von fünf renommierten Forschungseinrichtungen (FIAS, FZJ, JUB, MPIDS, PIK) getragen.

Schwerpunkte der Forschung sind transdisziplinäre Anwendungen physikalischer Methoden und die Transformation der Energieversorgung (Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung - PIK), kollektive Dynamik und Selbstorganisation komplexer Systeme (Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation - MPIDS), Statistische Physik nachhaltiger und erneuerbarer Energieversorgungsnetze (Frankfurt Institute for Advanced Studies - FIAS) und Transport und Lokalisierung in komplexen Netzwerken (Jacobs University Bremen GmbH - JUB). Das Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ): Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEK-STE) ist mit dem Bereich Systemforschung und Technologische Entwicklung weltweit führend bei der interdisziplinären Analyse von Energiesystemen unter Beachtung technischer, ökonomischer und ökologischer Aspekte und ihrer Wechselwirkungen.

Herausragende bisherige Erfolge und Alleinstellungsmerkmale:

  • Neue Algorithmen für Planung und Stabilitätsanalyse, teilweise erheblich leistungsfähiger als etablierte Methoden
  • OpenSource-Softwarepaket PyPSA für die Analyse von Stromnetzen und -systemen (bereits jetzt von Forschungsgruppen und kleinen und mittleren Unternehmen auf der ganzen Welt eingesetzt, um Aspekte der Energiewende zu studieren)
  • Überaus große Anzahl von veröffentlichten Resultaten (mehr als 50 Artikel in peer-reviewed Fachzeitschriften innerhalb von nur 2 1/2 Jahren)
  • Einmaliges Methodenspektrum in der Energiesystem- und Stromnetzforschung. Verbindung von mathematisch-physikalischer, ingenieurwissenschaftlicher, ökonomischer und Simulations-Kompetenz von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung



Zudem wurden konkrete Ergebnisse für die Netzausbauplanung erzielt – einen Eckpfeiler für das Gelingen der Energiewende:

  • Identifizierung der effektivsten Maßnahmen durch Optimierung mit PyPSA. 80% des Nutzens eines Netzausbaus werden schon mit 40% der Kosten erreicht.
  • Schlecht platzierte Leitungen können das Netz destabilisieren (Braess-Paradoxon), z.B. bei nicht ausreichender Anbindung von HVDC-Stationen.
  • Identifizierung der neuralgischen Punkte im Verbundnetz und Vorschläge zur Verbesserung der Systemsicherheit gegen Ausfälle dieser Leitungen.
  • Entwicklung von Verfahren zur dezentralen Bereitstellung von Primärregelleistung und Blindleistung.

Forschungsinitiative Stromnetze

CoNDyNet ist eingebunden in und gefördert durch das Netzwerk 'Stromnetze - Forschungsinitiative der Bundesregierung' (http://forschung-stromnetze.info/).