MVV Energie AG
  • Mannheim, Germany
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Zusammenfassung Die Dekarbonisierung des Elektrizitätssektors in Österreich bis 2030 erfordert den verstärkten Ausbau Erneuerbarer Energien, während gleichzeitig die Netze angepasst werden müssen, um zusätzliche Erzeugungsleistung zu integrieren. Aufgrund der langen Projektlaufzeiten des Netzausbaus können Energiespeicher, insbesondere Batteriespeicher, kurzfristig zusätzliche Netzkapazitäten schaffen und den Bedarf an Leitungskapazität vorerst reduzieren. Diese Arbeit untersucht, ob der Einsatz von Batteriespeichern im Jahr 2030 im Sinne der Gesamtsystemkosten-Minimierung möglich ist. Dazu werden verschiedene Fallstudien in einem Abschnitt des 110-kV-Netzes in Oberösterreich im Low-carbon Expansion Generation Optimization Model untersucht, um den Einfluss von Flexibilitätsoptionen in Elektrizitätssystemen und der techno-ökonomischen Parameter der Speicher auf den Einsatz dieser zu ermitteln. Die daraus resultierenden Ergebnisse legen für das Jahr 2030 einen möglichen wirtschaftlichen Einsatz der Speicher nahe, jedoch wird das Potenzial zum Aufschub des Netzausbaus als gering eingeschätzt, da die Investition in Leitungen üblicherweise die kostenoptimale Option darstellt. Allerdings zeigt sich, dass Batteriespeicher eine Möglichkeit bieten, Flexibilität in Elektrizitätssystemen wirtschaftlich bereitzustellen, wenn andere Varianten (Im- und Exporte, Photovoltaik-Abregelung) nur eingeschränkt verfügbar sind.
In recent years, energy prices have become increasingly volatile, making it more challenging to predict them accurately. This uncertain market trend behavior makes it harder for market participants, e.g., power plant dispatchers, to make reliable decisions. Machine learning (ML) has recently emerged as a powerful artificial intelligence (AI) technique to get reliable predictions in particularly volatile and unforeseeable situations. This development makes ML models an attractive complement to other approaches that require more extensive human modeling effort and assumptions about market mechanisms. This study investigates the application of machine and deep learning approaches to predict day-ahead electricity prices for a 7-day horizon on the German spot market to give power plants enough time to ramp up or down. A qualitative and quantitative analysis is conducted, assessing model performance concerning the forecast horizon and their robustness depending on the selected hyperparameters. For evaluation purposes, three test scenarios with different characteristics are manually chosen. Various models are trained, optimized, and compared with each other using common performance metrics. This study shows that deep learning models outperform tree-based and statistical models despite or because of the volatile energy prices.
In general, asymptotic homogenization methods (AHMs) are based on the hypothesis of perfect scale separation. In practice, this is not always the case. The problem arises of improving the solution in such a way that it becomes applicable if the inhomogeneity parameter is not small. Our study focuses on the higher order asymptotic homogenization for dynamical problems. Systems with continuous and piecewise continuous parameters, discrete systems, and also continuous systems with discrete elements are considered. Both low-frequency and high-frequency vibrations are analyzed. For low-frequency vibrations, several approximations of the AHM are constructed. The influence of the boundary conditions and the system parameters is investigated. The accuracy of the resulting approximation is assessed in numerical simulations.
The load‐shedding scenario describes an unscheduled load reduction in a power plant so that it produces only the electricity that is needed by the plant itself. The reason for such a scenario is a collapse of power supply in the transmission network. In the subsequent restoration of the electrical supply, different options are distinguished. An essential part of each option is island operating or black start capable thermal power plants. The load‐shedding scenario is complex and multilayered. If process steam is also decoupled during the load shedding, high exhaust steam temperatures in the turbine stages can lead to plant shutdown. In addition, component damage can be expected in thick‐walled components due to high temperature and pressure amplitudes. Thus, it can be shown in this paper that the lifetime losses are highest at the high‐pressure preheater 6 and at the deheater and that the process heat coupling cannot be operated with constant mass flow under all circumstances. In order to investigate these issues, a detailed model of a lignite power plant has been created, which was developed in Modelica for simulating and comparing scenarios for a variety of applications. The model comprises the entire water‐steam cycle including turbines, preheaters and pumps, as well as a very detailed boiler model including the air supply, coal mills, heating surfaces, and piping. Furthermore, the power plants' control system has been implemented in a very precise way. In addition, the study involves a calculation of lifetime consumption for specific components to evaluate the effects. In summary, it can be stated that this study examines the thermodynamic aspects during a load‐shedding scenario for the first time. It focuses on processes within the power plant and thus differs significantly from other studies on this topic, which approach the issue from the electrical grid side.
The effective properties of the fiber-reinforced composite materials with fibers of circular cross section are investigated. The novel estimation for the effective coefficient of thermal conductivity refining the classical Maxwell formula is derived. The method of asymptotic homogenization is used. For analytical solution of the periodically repeated cell problem, the Schwarz alternating process is employed. The principal term of the refined formula coincides with the classical Maxwell formula. On the other hand, the refined formula can be used far beyond the area of applicability of the Maxwell formula. It can be used for dilute and non-dilute composites. It is confirmed by comparison with known numerical and asymptotic results.
The effective properties of the fiber-reinforced composite materials with fibers of circle cross section are investigated. The novel estimation for the effective coefficient of thermal conductivity refining the classical Maxwell formula is derived. The method of asymptotic homogenization is used. For an analytical solution of the periodically repeated cell problem the Schwarz alternating process (SAP) was employed. Convergence of this method was proved by S. Mikhlin, S. Sobolev, V. Mityushev. Unfortunately, the rate of the convergence is often slow, especially for nondilute high-contrast composite materials. For improving this drawback we used Padé approximations for various forms of SAP solutions with the following additive matching of obtained expressions. As a result, the solutions in our paper are obtained in a fairly simple and convenient form. They can be used even for a volume fraction of inclusion very near the physically possible maximum value as well as for high-contrast composite constituents. The results are confirmed by comparison with known numerical and asymptotic results.
Gesellschaftliche und technologische Entwicklungen bringen neue Herausforderungen und Chancen für den urbanen Raum und dessen Infrastruktur mit sich. Mit den Mitteln der Digitalisierung wird aus der bestehenden Infrastruktur eine smarte Infrastruktur, die flexibel auf Anforderungen reagieren kann und dadurch effizienter und kostengünstiger ist. Dabei kommen v. a. die Bausteine neuer IT-Plattformen wie Internet of Things und künstliche Intelligenz zum Einsatz. Sie vernetzen Sensoren und Aktoren im Feld, analysieren deren Daten und optimieren die Nutzung der Infrastruktur. Auf dem 144 ha großen Innovationsareal FRANKLIN in Mannheim wird die Infrastruktur der Zukunft umgesetzt und in der Praxis erprobt. Dabei wird der Vorteil einer vernetzen, smarten Infrastruktur unter Berücksichtigung von Energie, Mobilität und Umweltdaten und Gebäuden deutlich.
Die Anforderungen an Städte steigen – deren Mittel sind begrenzt. Smart Cities füllen die entstehende Lücke durch innovative Technologien und gesellschaftliche Innovationen. Stadtwerke sind als Entwicklungsträger zur Smart City gut positioniert und können durch Partnerschaften ihr Potenzial schneller entfalten. MVV Smart Cities hat über das Konversionsareal FRANKLIN jahrelangen Erfahrungsvorsprung als Smart-City-Architekt, Lösungsanbieter und smarter Betreiber. Diese Erfahrung stellt MVV Smart Cities den Städten und Stadtwerken als Partner zur Verfügung. Im ersten Schritt wird im MVV Smart City Assessment ein gemeinsamer Smart-City-Bebauungsplan erarbeitet. Dann unterstützt MVV Smart Cities bei der schnellen Realisierung von Value Clustern, User Stories und vernetzten Quartierlösungen für, mit und in Städten. Im Ergebnis befähigen Stadtwerke die urbanen Akteure zur Smart Citizenship und werden so Mitgestalter der kommunalen Zukunft.
Smart Meter oder auch „intelligente Messsysteme“ werden zunehmend weltweit zum gesetzlich festgeschriebenen Standard in der elektrischen Messtechnik. Diese Energiezähler umfassen i. d. R. eine geeichte Sensorik, einen Mikroprozessor mit Speicher, eine bidirektionale Kommunikationskomponente und eine Schnittstelle zu Systemen der Datenspeicherung und -verarbeitung. Dabei wird zumeist angenommen, dass ein Smart Meter eine essenzielle Komponente zukünftiger Energiesysteme ist und dass weiter die auf dem Markt verfügbare Technologie elektronischer Smart Meter alternativlos ist. Dieses Kapitel zeigt die großen Herausforderungen dieses Ansatzes und ihre Implikationen auf den sicheren Betrieb kritischer Infrastrukturen. Die Autoren zeigen Alternativen zu bestehenden Smart-Meter-Technologien und Sicherheitskonzepten, die nach Anpassung der Legislative bereits heute eingesetzt werden könnten.
Smart Meter oder auch „intelligente Messsysteme“ werden weltweit zunehmend zum gesetzlich festgeschriebenen Standard in der elektrischen Messtechnik für Energieversorger. So geben die EU-Richtlinien 72 und 73 aus dem Jahr 2009 grundlegend den Rollout von 80 % aller Energiezähler bis 2020 vor. Vernetzte intelligente Komponenten, die massenhaft und dezentral installiert werden, bringen hohe Herausforderungen für die Systemsicherheit mit sich. Dies gilt besonders für Systeme in kritischen Infrastrukturen. Zudem sind die erhobenen Daten zu einem großen Teil schützenswert und unterliegen damit entsprechendem Schutzbedarf sowie den Auflagen der Datenschutzgesetzgebung. Neben den Faktoren Datensicherheit und Datenschutz gibt es auch technologische und letztlich wirtschaftliche Faktoren, die die Gesamtfunktionalität klassischer Smart-Metering-Systeme in der Gesamtbetrachtung in Frage stellen. Dieses Kapitel stellt die Geschichte des Einsatzes von Smart Metern im Kontext der ursprünglichen Idee des Smart Grids vor. Die Grundlagen der Sicherheit vernetzter intelligenter Systeme werden erläutert und auf die Anwendung von Smart-Meter-Systemen angewandt. Auf dieser Basis wird ein alternatives, datenbasiertes Konzept vorgestellt und evaluiert.
Im Zuge der Energiewende und der Liberalisierung der Elektrizitätswirtschaft sind die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) zur Gewährleistung der Netz- und Systemsicherheit mit immer umfassenderen Kompetenzen und Befugnissen ausgestattet worden. Diese sind geeignet, den Wettbewerb auf den dem Netz vor- und nachgelagerten Märkten signifikant zu beeinflussen. Da Systemdienstleistungen immer häufiger von den ÜNB erbracht werden müssen, gewinnen die diskriminierungsfreie Durchführung sowie die Effizienz der ergriffenen Maßnahmen bei der Sicherstellung des Wettbewerbs in der Elektrizitätswirtschaft immer mehr an Bedeutung. Transparenzdefizite, die eine Überprüfung der durch die ÜNB ergriffenen Maßnahmen sowie eine Diskussion über mögliche Änderungen des Marktdesigns unterbinden, sind daher kritisch zu sehen, zumal die ÜNB durch die Bundesnetzagentur (BNetzA) reguliert werden und auch kein einseitiger Ermessenspielraum bei der Erfüllung von Informationspflichten bestehen darf. Der Artikel zeigt die bestehenden Eingriffsmöglichkeiten der ÜNB in das Marktgeschehen auf, arbeitet bestehende Transparenzdefizite heraus und unterbreitet Lösungsvorschläge, die auf eine Verbesserung der Transparenz abzielen.
The continuously changing and decreasing quality of lignite increases the tendency of fouling or slagging in lignite boilers. Investigations of the structure and composition of filter ashes and incrustations will make an important contribution to the understanding of their formation resulting in less corrosion and fouling of lignite power plants, especially for problematic fuels. This minimizes failures due to fouling, sintering and slagging of incrustations at the heat exchanger surfaces. The filter ashes consist of clay relicts, anhydrite, quartz and iron compounds. The incrustations are Fe-rich or aluminosilicate-based and show an inhomogeneous structure in CT (computer tomography). Both, dense and porous structural constituents can be identified, which suggests a shell-like structure due to the constant adhesion of softened or melted particles.
The continuously changing and decreasing quality of lignite increases the tendency of fouling or slagging in lignite boilers. The investigation of the structure and composition of filter ashes and crusts will have an important contribution to the understanding of their formation resulting in less corrosion and fouling of lignite power plants, especially for problematic fuels. This will minimise failures due to fouling, sintering and slagging of crusts at the heat exchanger surfaces. The filter ashes consist of clay, anhydrite, quartz, and iron compounds. The crusts provide a high open porosity of about 50 % and are iron(Fe-)rich or aluminosilicate-based as well as show an inhomogeneous structure in CT. Both, dense and porous structural constituents can be identified, which suggests a shell-like structure due to the constant adhesion of softened or melted particles.
MVV hat das Instrument der Aufwärtsbeurteilung mehrfach genutzt, damit die Mitarbeiter ihren Führungskräften Rückmeldung geben und nachhaltige Verbesserungsprozesse eingeleitet werden. Auf der Basis der gesammelten Erfahrungen werden in diesem Beitrag Bestandteile eines nachhaltigen Rückmeldeprozesses diskutiert. Wichtige Argumente sind in diesem unternehmensweiten Projekt die Einbindung der Führungskräfte von Anfang an, die Durchführung standardisierter Workshops mit Unterstützung von Moderatoren, zunächst zur Ergebnisrückmeldung mit der Maßnahmenableitung und später zur Nachhaltigkeit der Umsetzung. Abschließend werden die daraus resultierenden Anforderungen an HR aufgezeigt.
Zur Gewährleistung einer sicheren und zuverlässigen Versorgung mit elektrischer Energie bedarf es, neben den primären Bestandteilen des Energieversorgungsnetzes, auch der sogenannten Sekundärtechnik, um den Energieversorgungsprozess überwachen und steuern zu können.
Pumped groundwater in the lignite open-cast mines in Lusatia, Germany, contains a high level of ferrous iron (up to 1000 mg/L) at an initial pH of about 5. In recent R&D projects G.E.O.S. developed an innovative water treatment process for ferrous iron oxidation using the autochthonous microbial consortium in the mine water. The pilot plant is operated in the Nochten open-pit mine in cooperation with the LEAG and produces 5 – 10 t of schwertmannite per year. Extensive research work was carried out in parallel to utilize the produced schwertmannite. Pigment production proved to be technically feasible but difficult due to economic and market constraints. However, the high affinity of schwertmannite to oxy-anions provides the suitability for utilization as adsorbent to remove arsenate, antimonate, chromate, molybdate, vanadate or phosphate from mine water or industrial effluents. In the R&D project SURFTRAPII two kinds of filter-stable sorption materials were developed 1) by compacting schwertmannite or 2) by adhesive curing using an organic polymer, respectively. The produced filter-stable adsorbents were tested under technical conditions in cooperation with potential end users to remove arsenate, molybdate and phosphate from mine and industrial water and to concentrate valuable metals. The results showed a better performance of the material compared to other commercially available iron hydroxide adsorbents.
In many parts of the world, the impact of renewable energy, especially from intermittent sources as wind and solar is continuously increasing. In Germany, the share of renewable energy in electricity production is believed to increase from 32.5% in 2015 to 50% in 2030. In order to operate an electrical system and control the mains frequency, the power supply must match the consumption at any time. Ancillary services like primary and secondary control are used to balance the system on a time-scale of several seconds up to 15 minutes. Those control reserves are usually provided by thermal power plants. Particularly in times of high shares of fluctuating renewable feed-in, thermal power plants are turned off or operated at minimum load to avoid electricity production at low electricity prices. However, an amount of about 3000 MW of fast responding primary control need to be provided in the European network of transmission system operators for electricity grid to maintain stable operation even in case of two simultaneous large unit outages. This requirement leads to situations, where thermal power plants are operated in minimum load below their marginal cost to provide control reserves even if there is a surplus of energy in the grid. Operation in low load while at the same time providing control reserves leads to new challenges. As the relation between energy production and the thermal storage capacities provided by the metal and fluid mass in the boiler is decreasing with the load, the ability of responding to control demands is naturally slowed down. Dynamic simulation of the thermodynamic power plant process turned out to be an efficient method to investigate such operational modes. Using comprehensive process models coupled with a control system model, equipment adaptions or control system updates can be evaluated in order to provide faster responses. By increasing the specific amount of ancillary services per unit, the number of units necessary to provide the total amount of primary and secondary control could be reduced in situations with energy surplus.
Contracting is an innovative service model in which tasks relating to the supply of energy and other utilities are assigned to a contractor. This produces a number of benefits for prospective customers. Many varieties of contracting have become established on the market. These mainly differ in terms of the scope of services offered by the service provider. Renewable energies (“renewables”) are deployed in contracting concepts, particularly when it comes to supplying heating energy. That said, the different forms of renewables are not equally suited to this purpose and therefore offer varying potential for deployment. Various subsidy programmes are available to further increase renewables’ share of energy consumption and, thus, successfully promote the so-called energy turnaround. However, the use of renewables also involves numerous challenges and risks. Contracting provides prospective users with the opportunity to overcome these hurdles and use renewables in their energy supply. As a general rule, it is the customer who decides whether renewables will be used in the context of a contracting solution by stipulating the requirements it has in its utility solution. Furthermore, lawmakers also play a key role by setting mandatory requirements for the use of renewables or by determining the relevant subsidy framework. Usually, renewables can only be used when they come with inexpensive supply concepts or enable customers to comply with legal requirements.
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