Das Forschungsvorhaben AMSES (Aggregierte Modelle für die Simulation von dynamischen Vorgängen in elektromechanischen Energiesystemen) ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der folgenden Institute der Leibniz Universität Hannover: Institut für Elektrische Energiesysteme, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik, Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik, Institut für Theoretische Elektrotechnik und dem Leibniz Forschungszentrum Energie 2050 (LiFE 2050). Die Projektkoordination erfolgte durch das Institut für Elektrische Energiesysteme. Das Forschungsvorhaben startete zum 1. Januar 2015 und wurde von der VolkswagenStiftung mit rund einer Million Euro aus dem Niedersächsischen Vorab gefördert. LiFE 2050 ist eine Einrichtung der Leibniz Universität Hannover. LiFE 2050 bündelt die Energieforschung an der Universität und unterstützt die interdisziplinäre und transdisziplinäre Forschung. Mit mehr als 300 Wissenschaftlern aus sechs Fakultäten bilden die 21 Mitgliedsinstitute in den Bereichen Windenergie, Solarenergie, thermische Kraftwerke, Stromnetze und Elektromobilität aktuell fünf Forschungslinien. Die Forschungslinie Stromnetze stellt dabei durch die Stromverteilung eine Art Verbindungsglied im LiFE 2050 dar.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der vier Institute erforschten in AMSES die transienten und dynamischen Wechselwirkungen von elektrischen, magnetischen und mechanischen Komponenten in Elektroenergiesystemen bei einem wachsenden Anteil von Einspeisungen aus erneuerbaren Energieträgern. Das Konsortium verfolgte dabei das Ziel, die Eigenschaften der Komponenten des Stromsystems zu modellieren und mit Hilfe von Simulationen die transienten und dynamischen Vorgänge in elektromechanischen Energiesystemen der Zukunft zu analysieren. Dabei wollten die Forscherinnen und Forscher wissenschaftliche Grundlagen ermitteln, um mit Simulationswerkzeugen Hinweise auf zukünftige Probleme zu identifizieren, bevor diese auftreten. Hintergrund ist, dass der weitere Zubau einer Vielzahl von kleinen dezentralen und volatil einspeisenden Wind- und Photovoltaikanlagen und die gleichzeitige Verdrängung der großen fossil befeuerten Kraftwerke zu einer immer größer werdenden Komplexität und Veränderung der bei Störungen im Elektroenergiesystem auftretenden transienten und dynamischen Ausgleichsvorgänge führen. Die Komplexität der Stromnetze steigert sich weiter, wenn neben den dezentralen aus volatilen, regenerativen Quellen gespeisten Energieerzeugungsanlagen die Stromnetze wie geplant ausgebaut werden und die Bestrebungen von Energieeffizienzmaßnahmen greifen. In diesem Transformationsprozess wächst der Anteil an Komponenten, die über Umrichter und auch Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen sind. Es wird erwartet, dass in Zukunft immer weniger große thermische Kraftwerke mit ihren rotierenden Massen der Turbine und des Generators benötigt werden. Wichtig für die Stabilität der Stromnetze sind aber aktuell deren große mechanischen Schwungmassen. Sie wirken stabilisierend auf das Stromnetz. Doch wie verändern sich die Stabilitätseigenschaften des Stromnetzes, wenn es immer weniger rotierende Schwungmassen gibt? Und wie verändern sich dann die Ausgleichsvorgänge in den Elektroenergiesystemen z. B. in Folge von Störungsereignissen (Kurzschlüssen, Kraftwerksausfällen, Schaltvorgängen, etc.), wenn deren mathematische Modelle über eine sehr große Anzahl von elektrischen, magnetischen und mechanischen Zustandsgrößen verfügen, die sehr unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeiten und räumliche Auswirkungen aufweisen. Eine zutreffende Simulation des dynamischen Verhaltens und eine darauf basierende Beurteilung der Stabilität des Gesamtsystems übersteigen den heutigen Stand der Forschung. Ziel von AMSES ist es daher, mit einem interdisziplinären Ansatz Lösungswege zur Simulation und Vorausberechnung von komplexen elektrisch-mechanischen Energiesystemen zu entwickeln, um Effekte und Wechselwirkungen, die erst aus der Interaktion der verschiedenen Betriebsmittel entstehen, in der Simulation vorauszuberechnen.

Der nachfolgende wissenschaftliche Bericht gibt eine Einführung und Übersicht über die in AMSES durchgeführten Arbeiten und stellt die verschiedenen wissenschaftlichen Ergebnisse der fünf Teilprojekte sowie das gemeinsam entwickelte Gesamtmodell und dessen Simulationsergebnisse vor.