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The impact of spatial resolution in energy system optimization models on AC-power flow convergence

Alaya, Oussama und Cao, Karl-Kien und Buschmann, Jan und Lens, Hendrik (2023) The impact of spatial resolution in energy system optimization models on AC-power flow convergence. In: ETG-Kongress 2023: Die Energiewende beschleunigen, 170, Seiten 892-898. VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach. ETG Congress 2023, 2023-05-25 - 2023-05-26, Kassel, Deutschland. ISBN 978 3 8007 6108 1.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=10173045&tag=1

Kurzfassung

Energy system optimization models (ESOMs) are often used to design future energy supply systems in terms of scenario development. However, the representation of power grids in ESOMs – due to these having a much broader scope than only grids – is simplified, e.g., by spatial aggregation and DC-power flow constraints. Such simplification is necessary to obtain optimization problems that can be solved in reasonable time. As a consequence, the level of detail of ESOMs is not suitable for the evaluation of concrete implementation projects (e.g. projects of common interest). Hence, grid operators need to use much more detailed power system models based on AC-power flow representations. In this paper, we first discuss two dimensions of the gap between ESOMs and transmission network modeling, namely the spatial resolution and mathematical formulation scales. Second, we propose a coupling framework to bridge the gap. The proposed method is applied to a study case using the German power network to analyze the correlation between spatial resolution and AC-feasibility. First results with 44, 84 and 134 spatial clusters, show that commonly used resolutions, e.g., 16 clusters for a federal state level in Germany, are insufficient to observe convergence. Even with 84 spatial clusters, more than 2000 feasibility violations occur. This is nearly avoided (in 99,6% of the time steps in year) at 134 clusters, while this resolution still allows for a reduction of computing time of about 90% compared to solving the fully resolved ESOM. The results also show that the overloading of the branches using a DC-power flow approach can not be used to predict AC-feasibility.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200289/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:The impact of spatial resolution in energy system optimization models on AC-power flow convergence
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Alaya, OussamaOussama.Alaya (at) ifk.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cao, Karl-KienKarl-Kien.Cao (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9720-0337NICHT SPEZIFIZIERT
Buschmann, Janjan.buschmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lens, HendrikHendrik.Lens (at) ifk.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Juli 2023
Erschienen in:ETG-Kongress 2023: Die Energiewende beschleunigen
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:170
Seitenbereich:Seiten 892-898
Verlag:VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach
Name der Reihe:ETG-Fachbericht
ISBN:978 3 8007 6108 1
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Energy System Modeling, AC power-flow, DC power-flow, spatial resolution
Veranstaltungstitel:ETG Congress 2023
Veranstaltungsort:Kassel, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:25 Mai 2023
Veranstaltungsende:26 Mai 2023
Veranstalter :VDE
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Energiesystemtransformation
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technologiebewertung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Cao, Dr.-Ing. Karl-Kien
Hinterlegt am:04 Dez 2023 09:54
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:00

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