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Envelio, Anbieter von Smart-Grid-Software, ist ein technologischer Durchbruch gelungen: Das Kölner Cleantech-Unternehmen hat einen GPUbasierten Power-Flow-Solver entwickelt. Die zum Patent angemeldete Lösung zur Netzberechnung verkürzt die für jährliche Zeitreihensimulationen benötigte Zeit von Tagen oder Wochen auf weniger als 30 Sekunden. Sie ist somit 20.000-mal schneller als branchenübliche Prozesse, die auf Desktop-Netzberechnungs-Tools basieren. Damit können Netzbetreiber erstmals kontinuierliche, groß angelegte Netzsimulationen im Rahmen des täglichen Betriebs durchführen –die Art und Weise, wie knappe Netzkapazitäten bewertet und gemanagt werden, ändert sich dadurch grundlegend.
Echtzeit-Simulation für Netzverhalten
Der Zeitpunkt könnte nicht kritischer sein: Weltweit warten derzeit mehr als 2.500 Gigawatt (GW) an Erzeugungs-, Speicher- und großen Industrieprojekten auf einen Netzanschluss – und diese Zahl umfasst lediglich Großprojekte im Megawattbereich. Auch Rechenzentren, die dringend für KI-Anwendungen benötigt werden, sowie Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien stecken im selben Engpass fest.
Genau dieses Problem löst der neue, GPU-basierte Power-Flow-Solver von Envelio. „Ein transparentes und flexibles Netzmanagement hängt von komplexen Zeitreihensimulationen ab – ein Prozess, der mit herkömmlichen Desktop-Tools für Netzberechnungen und instabilen Skripten rund um den Solver-Kern traditionell Tage oder sogar Wochen in Anspruch genommen hat“, sagt Dr. Simon Koopmann, CEO von Envelio. „Unser neuer Solver reduziert jährliche Zeitreihensimulationen auf weniger als 30 Sekunden und ist damit bis zu 20.000-mal schneller.“
Mithilfe dieser leistungsstarken Lösung können Netzbetreiber in Echtzeit simulieren, wie sich ihre Netze verhalten werden, wenn beispielsweise neue Verbraucher wie Rechenzentren,Ladestationen für E-Fahrzeuge, Wärmepumpen oder Erzeuger wie Photovoltaikanlagen, Windparks oder Batteriespeichersysteme angeschlossen werden sollen. In Kombination mit dem der Intelligent Grid Platform (IGP) zugrundeliegenden digitalen Netzzwilling eröffnet der GPU-Solver neue Anwendungsmöglichkeiten, die bisher nicht umsetzbar waren.
Anders als bei Black-Box-Ansätzen auf Basis künstlicher Intelligenz bildet die neue Technologie die tatsächlichen physikalischen Vorgänge im Netz mithilfe eines digitalen Netzmodells ab. Dadurch erhalten Netzbetreiber Ergebnisse, auf die sie sich verlassen können. Sie können groß angelegte Szenariensimulationen durchführen, Anschlüsse schneller prüfen, den Netzbetrieb flexibler gestalten und fundiertere Investitionsentscheidungen für das Netz treffen.
„Netzbetreiber stehen unter dem Druck, innerhalb kurzer Zeit deutlich mehr Anschlüsse, Szenarien und Flexibilisierungsoptionen zu bewerten. Unser GPU-basierter Solver revolutioniert die Netzplanung, indem er periodische, auf Worst-Case-Szenarien beruhende Studien durch eine kontinuierliche, zeitreihengestützte Entscheidungsfindung ersetzt. Dadurch können Netzbetreiber vorhandene Kapazitäten besser nutzen, effektiver investieren und tragen letztlich dazu bei, die Energiewende bezahlbar zu halten“, fasst Dr. Simon Koopmann, CEO von Envelio, zusammen.
Physikbasierte GPU-Geschwindigkeit statt KI-Abschätzungen
Einige Anbieter haben auf den Bedarf nach schnelleren Simulationen mit KI-basierten Schätzungen reagiert, wobei Genauigkeit gegen Schnelligkeit eingetauscht wird. Envelio hat bewusst einen grundlegend anderen Ansatz gewählt. „Der Bedarf an schnelleren Simulationen ist so groß, dass in der Branche Lösungen entstanden sind, die auf KI-basierte Schätzungen setzen, um den Prozess zu beschleunigen. Wir haben uns dazu entschieden, die reale Physik im Netz weiterhin exakt zu berechnen – allerdings mit einer neuen Technologie, die mindestens genauso schnell ist wie die gängigen KI-basierten Schätzverfahren, wenn nicht sogar schneller“, erklärt Dr. Fabian Potratz, CTO von Envelio.
Die neue Netzberechnungslösung von Envelio basiert auf deterministischen, physikalisch fundierten Modellen. Diese folgen etablierten Prinzipien der Elektrotechnik und basieren nicht auf statistischen Annäherungen, die anhand synthetischer Daten erstellt wurden. Für zuverlässige Netzentscheidungen nutzt Envelio ein vollständiges AC-Leistungsflussmodell, das komplexe Spannungsverläufe und Blindleistungseffekte in Verteilnetzen erfasst. Die Ergebnisse sind transparent und überprüfbar. Der Solver liefert den Ingenieuren der Netzbetreiber Ergebnisse, die sie verifizieren, denen sie trauen und hinter denen sie stehen können. Möglich wird dies durch eine neue GPU-basierte Architektur, die in der Lage ist, gleichzeitig Szenarien, Zeitreihen und Netzsegmente zu berechnen. Denn Schnelligkeit ohne Verlässlichkeit ist keine Lösung.
Neues Potenzial für das Stromnetz erschließen
Der leistungsstarke Solver bietet greifbare Vorteile in allen entscheidenden Bereichen der Stromnetzplanung und des -betriebs:
Schnellere Netzanschlussstudien: Neue Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen können deutlich schneller geprüft werden. Dadurch werden Wartezeiten verkürzt und die Analyse komplexerer Anschlusslösungen auf der Grundlage flexibler Anschlussvereinbarungen ermöglicht. Das verkürzt die Zeit bis zur Stromerzeugung für Projektentwickler und reduziert den technischen Arbeitsaufwand für Netzbetreiber.
Präzisere Analyse des Integrationspotenzials in Netzen: Anstatt sich ausschließlich auf Worst-Case-Szenarien zu stützen, erhalten Netzbetreiber ein detailliertes, zeitreihenbasiertes Verständnis dafür, wie viele zusätzliche Verbraucher oder Erzeuger jeder Teil des Netzes noch aufnehmen kann. Das verringert Spekulationen von Projektentwicklern und führt zu einer besseren und zuverlässigeren Standortauswahl ohne unerwartete Kosten
Effizientere Nutzung der vorhandenen Infrastruktur: Mithilfe umfassenderer Simulationen können Netzbetreiber die verfügbaren Kapazitäten des Stromnetzes z.B. durch Flexible Connection Agreements ausnutzen, bevor sie in den Ausbau investieren.
Bessere Investitionsentscheidungen: Statt sich auf wenige Standardszenarien zu verlassen, können Netzbetreiber nun Millionen von Szenarien durchspielen, um die zielführendsten Netzinvestitionen zu ermitteln und so Milliarden an Ausbaukosten einzusparen oder Projekte zu repriorisieren.
Flexibilitätsmanagement als entscheidender Faktor bei der Energiewende: Die gesteigerte Rechenleistung ermöglicht ein flexibleres Netzmanagement in allen Netzprozessen – von der Planung bis zum Betrieb
Der neue Solver erweitert die Funktionen des Grid Hubs als Kern von Envelios Intelligent Grid Platform. Er wurde in ausgewählte Arbeitsabläufe für Zeitreihen und Integrationspotenzialanalysen bereits integriert und steht ab sofort zur Verfügung. Im Laufe des Jahres ist geplant, den GPU-Solver in weitere Anwendungen der Plattform zu integrieren.
„Wir betrachten den GPU-basierten Solver als echten Meilenstein für die Branche. Er eröffnet völlig neue Möglichkeiten und Arbeitsabläufe für Netzbetreiber, darunter intelligentere Netzanschlussprüfungen und groß angelegte Szenarioplanungen, die bisher nicht möglich waren. Wir werden diesen Durchbruch auf unserer gesamten Plattform nutzen, um die Netzplanung, -anschlüsse und den -betrieb zu unterstützen. So treiben wir die Energiewende und den durch KI angetriebenen Boom bei Rechenzentren voran“, so Dr. Simon Koopmann, CEO von Envelio, abschließend.
