Eine Bibliothek der Stromnetze: Wie ein Team von Energiesystemexperten Informationen zu globalen Stromsystemen sammelt

(WK-intern) – Grundlegende Datenbanken wie der ArcGIS Living Atlas of the World und die World Weather Records der NOAA dienen als Bibliotheken mit wichtigen Daten, die weltweit von verschiedenen Branchen zur Trendanalyse und Prognose möglicher Zukunftsaussichten genutzt werden.

Da wir uns auf dem Weg ins goldene Zeitalter der Elektrizität befinden, benötigt unsere Wissensbasis eine ähnlich spezialisierte Sammlung: Informationen und detaillierte Informationen zu globalen Stromsystemen.

Ein Team der Beratungsdienste von GE Vernova hat jahrelang daran gearbeitet, eine solch umfangreiche Sammlung aufzubauen und zu pflegen, die von Japan über Großbritannien und Vietnam bis in die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) reicht. Wenn sie einem Land bei der Ausarbeitung eines Masterplans für Energie helfen oder Energieentwickler bei der Planung eines zuverlässigen Energiemix unterstützen, nutzen diese Energiesystemexperten diese Bibliothek als Ausgangspunkt für ihre Analysen.

Gene Hinkle, Leiter Energiewirtschaft und Software bei GE Vernova Consulting Services, führt den Vorsprung des Unternehmens unter anderem auf dessen langjährige globale Präsenz zurück. „Einer unserer Vorteile ist, dass wir in jeder dieser Regionen und Länder Experten haben, die mit ihrem lokalen Wissen diese Modelle entwickeln.“

Das ist natürlich erst der Anfang der Beratungsarbeit. Hinkle erklärt, dass Länder und Regionen bei Studien seines Teams oft bereits ehrgeizige Ziele haben. Diese könnten etwa so lauten: Bis 2040 müssen wir nicht nur das bestehende System ausbauen, sondern mindestens die Hälfte des Stromnetzes mit erneuerbaren Energien versorgen. Consulting Services kann diesen Plan dann mit dem eigenen Basismodell vergleichen. Die Unterschiede zwischen den beiden Modellen werden dann durch weitere Analysen der Energieexperten verringert, um den besten Weg – oft eine Kombination aus angemessenen Kosten und hoher Zuverlässigkeit – zum Endziel zu finden.

„Es ist wichtig, das bestehende System und die geltenden Regeln insgesamt zu verstehen. Dann integrieren wir dies in unsere eigene Modellierung, simulieren es und sehen, wie das Ergebnis aussieht“, sagt Hinkle.

Hochpräzise Modelle für sichere Planung

Die riesigen Datenmengen, die diesen Planungsmodellen zugrunde liegen, zu bewältigen, erfordert echte Teamarbeit. Mit Hinkle arbeiten weltweit rund 25 weitere Analysten mit Erfahrung in den Bereichen Energietechnik, Wirtschaft und Finanzen zusammen. Einige haben für Energieversorger, Netzbetreiber und Entwickler in lokalen Märkten gearbeitet und bringen praktische Erfahrung mit, während andere durch ihren Hintergrund eine globalere Perspektive haben.

Die globalen Modelle bilden die Grundlage für die leistungsstarke Software des Teams. Sie hilft dem Team, Energiesysteme zu bewerten und optimale Lösungswege zu identifizieren, die mit – manchmal auch widersprüchlichen – Zielen vereinbar sind. Das Herzstück der prädiktiven Arbeit von Consulting Services bildet die sogenannte Integrierte Systemplanung (ISP). Stellen Sie sich eine leistungsstarke Softwarearchitektur vor, die Tausende potenzieller Lösungen untersucht und dann hilfreich eine Auswahl der besten Antworten anzeigt. Wie könnte das konkret funktionieren? Nehmen wir zum Beispiel die Vereinigten Arabischen Emirate – ein Land, das nicht nur reich an Gas und Öl, sondern auch an Sonnenschein und damit großem Solarpotenzial ist, ein Land mit schnellem Wirtschaftswachstum und ehrgeizigen Dekarbonisierungszielen. Was ist zu tun? „Für die VAE führen wir ein Modul zur Ausbauplanung durch“, so Hinkle. „Diese Analyse untersucht die Kosten jeder Technologie in vielen verschiedenen Szenarien. Sobald das Modell ein breites Spektrum an Ergebnissen simuliert hat, können wir den optimalen Gesamtmix aus Erzeugungs- und Speicherkonfigurationen zu den günstigsten Kosten auswählen.“

Die Kosten sind jedoch nur eine Achse, entlang derer die verschiedenen Simulationen laufen können. Hinkle erklärt: „Wir können die Daten durch das Produktionskostenmodul laufen lassen, um die Wirtschaftlichkeit genauer zu untersuchen und Möglichkeiten zur Senkung der Gesamtproduktionskosten für das System zu finden. Anschließend können wir die Daten durch das Modul zur Ressourcenadäquanz laufen lassen, um die Zuverlässigkeit des Systems zu prüfen. Wir können die Daten sogar durch ein physikalisches Modell laufen lassen, um den Stromfluss unter verschiedenen Randbedingungen zu untersuchen.“

Hinkle betont, dass es sinnvoll ist, all diese Analysen für alle potenziellen Pläne durchzuführen. So kann es beispielsweise vorkommen, dass die kostengünstigste Lösung nicht die benötigte Zuverlässigkeit bietet. Die gemeinsame Nutzung all dieser Tools und Filter ermöglicht einen integrierten Ansatz für die Systemplanung: Sie steuert ein System so, dass es das optimale Gleichgewicht zwischen Kapital- und Produktionskosten, Zuverlässigkeit und Emissionszielen erreicht.

Arbeiten auf einer soliden Grundlage

Auch in Zukunft wird das Team die bestehenden Modelle sorgfältig pflegen. Aktuell betreut die Gruppe weltweit rund 55 Modelle, die regelmäßig mit aktualisierten Daten aktualisiert werden. „Ursprünglich haben wir diese Modelle für den internen Gebrauch entwickelt. Heute dienen sie als wertvolle Grundlage mit vielfältigen Vorteilen – von der Unterstützung unserer Softwareprodukte bis hin zur Stärkung unserer Branchenberatung“, so Hinkle.

Mit dem Beginn eines neuen goldenen Zeitalters der Elektrizität will das Team die Branche durch die Entwicklung weiterer Modelle unterstützen und dabei auch eine neue Gruppe noch zu untersuchender Länder berücksichtigen. Die Beschleunigung des Strombedarfswachstums im vergangenen Jahr – mit robusten 4,3 % und damit doppelt so hoch wie der Durchschnitt der letzten zehn Jahre – signalisiert der Branche, dass die Erzeugungs- und Übertragungskapazitäten ausgebaut werden müssen. Die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende hängt nicht allein von der Ausrüstung ab, sondern erfordert die notwendige Technik zur Modernisierung der globalen Stromnetze. Fundiertes Wissen und umfassende Analysen spielen heute eine noch wichtigere Rolle, da sie es ganzen Nationen ermöglichen, ihre Ziele erfolgreich umzusetzen.

A Library of Power Grids: How a Team of Power System Experts Curates Intelligence on Global Electricity Systems

Foundational repositories like the ArcGIS Living Atlas of the World and the NOAA’s World Weather Records serve as libraries rich with the critical data used to analyze trends and forecast possible futures by multiple industries across the world. As we head into electricity’s expansive golden age, our knowledge base requires a similar specialized collection: intelligence and fine detail on global power systems. A team at GE Vernova’s Consulting Services has spent years building and maintaining just such a large collection, one that spans from Japan to the U.K., Vietnam to the United Arab Emirates (UAE). When helping a country form a master energy plan, or when assisting energy developers in planning out a reliable energy mix, these power system experts call upon this library as a starting point for their analysis.

Gene Hinkle, executive of Power Economics and Software for GE Vernova Consulting Services, ascribes some of the company’s edge to its longtime presence around the world. “One of the advantages we have is that we have people in each of these regions, each of these countries, providing local intelligence to build these models.”

Of course, that’s just the beginning of the consulting journey. Hinkle explains that when his team conducts a study, countries and regions often have ambitious goals already in place. It might go something like this: By 2040 we need to not only grow the current system, but have renewables driving at least half of the power grid. Consulting Services is then able to do a side-by-side comparison of that plan against their own baseline model. The difference between the two is then narrowed as the power experts apply further rounds of analytics to find the best path — often a combination of reasonable cost and solid reliability — to the ultimate goal.

“Understanding the overall existing system and the rules in place is important, and then we build that into our own modeling, simulate it, and see what the outcome looks like,” says Hinkle.

High-Fidelity Models Feed Confident Planning

To wrangle the massive amounts of data that undergird these planning models is a true team effort. Working with Hinkle are some 25 other analysts around the world with backgrounds in electric power engineering, economics, and finance. Some have worked for the utilities, system operators, and developers in local markets and bring on-the-ground experience, while others have backgrounds that give them a more global perspective.

The global models serve as the bedrock for the team’s powerful software, which helps them assess energy systems and identify best paths forward while aligning with, and sometimes conflicting, goals. The heart of Consulting Services’ predictive work comes through something called integrated systems planning (ISP). Imagine a powerful software architecture that explores thousands of potential solutions and then helpfully displays a select group of the very best answers. How might this actually work? Take the UAE, for example, a country rich not only in gas and oil but in sunshine, and thus great solar potential, and a country that is growing fast economically and also has ambitious decarbonization goals. What to do? “For the UAE, we run an expansion planning module,” says Hinkle. “That analysis will look at the cost of each technology across many different scenarios. Once the model has simulated a wide range of outcomes, we can start to select the best overall mix of generation and storage configurations, at the most favorable cost.”

But cost is only one axis along which the various simulations can run. According to Hinkle, “We can run the data through the production cost module to take a closer look at the economics and how to reduce the overall production cost to the system. Then we can run it through the resource adequacy module to see how reliable the system is. We can even run it through a physics model to look at the flow of power under different constraints and conditions.”

Hinkle says it’s useful to run all of these analyses on all potential plans. For example, you may find that the least-cost solution doesn’t give you the reliability you need. When you use all these tools and filters together, you take a more integrated approach to system planning: guiding a system to strike the best balance between capital and production cost, reliability, and emissions goals.

Working from a Strong Foundation

Looking ahead, the team will continue to diligently maintain the existing models. At the moment, this group maintains about 55 models throughout the world, and these are refreshed often with updated data. “We started building these originally for our internal use. But now it serves as an invaluable foundation that has multiple benefits — from underpinning our software products to strengthening our ability to advise the industry,” says Hinkle.

As a new golden age of electricity gets underway, the team intends to support the industry by building more models, expanding to a new group of countries yet to be studied. Last year’s acceleration of power demand growth — which advanced by a robust 4.3%, double the trailing ten-year average — is a signal to the industry that generation and transmission capacity must expand. The effective pursuit of the energy transition does not rely on equipment alone, and the engineering required to modernize global power grids is crucial. Deep knowledge and comprehensive analysis play an even more critical role today, enabling whole nations to successfully transform their aspirations into reality.

PR: GE Vernova

PB: Gene Hinkle and his team of experts maintain 55 country models and counting. “We started building these originally for our internal use,“ he says, “but now it serves as an invaluable foundation that has multiple benefits — from underpinning our software products to strengthening our ability to advise the industry.” Image credit: GE Vernova. Top image: AdobeStock