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Smarter Rechner für die Energiewende: Supercomputer berechnet Lastflüsse im deutschen Stromnetz

Dreißigmal schneller als bisherige Rechner simuliert der neue Supercomputer Lastflüsse im Stromnetz, das erneuerbare Energien zunehmend belasten. Forscher des Jülich Supercomputing Centre (JSC) und des Übertragungsnetzbetreibers Tennert TSO GmbH haben das System gemeinsam entwickelt.

Der Höchstleistungsrechner JUWELS des Forschungszentrums Jülich. Das im Frühjahr 2018 von der französischen IT-Firma Atos gemeinsam mit den Softwarespezialisten der deutschen Firma ParTec gelieferte Cluster-Modul ist mit Intel Xeon 24-Core Skylake CP Bildquelle: © Forschungszentrums Jülich

Der Höchstleistungsrechner JUWELS des Forschungszentrums Jülich.

Die Einspeisung von Windstrom aus Norddeutschlands Mega-Windparks ist oft höher, als die Nachfrage aus dem Süden und Westen, wo viele große Verbraucher sitzen. Das bringt vor allem nördliche Stromnetze zunehmend an ihre Belastungsgrenze. Übertragungsnetzbetreiber suchen deswegen nach Technologien, um die bestehenden Netze möglichst innerhalb ihrer Toleranzgrenzen betreiben zu können.

Das vom Jülich Supercomputing Centre (JSC) entwickelte  »Smart Performance Cluster« ist speziell auf die vom Bayreuther Übertragungsnetzbetreiber TenneT TSO GmbH eingesetzten Anwendungen zugeschnitten und stellt Ressourcen für Windows- und Linux-Software unter einer Oberfläche bereit.

Stefan Schuh, der seitens TenneT für die Kooperation verantwortlich ist, erklärt:  »Mit dem neu entwickelten System sind wir in der Lage, zahlreiche Berechnungen parallel auszuführen. Dadurch bleibt mehr Zeit, die Berechnungsergebnisse in weiteren Dimensionen zu analysieren und neue Erkenntnisse zu erhalten. Zudem sind manche Berechnungen überhaupt erst durch die Einführung des neuen Systems möglich geworden, weshalb wir die Kooperation mit dem JSC als außerordentlich erfolgreich bewerten«.

Für den Bau und die Dimensionierung bei TenneT neu geplanter Stromleitungen sind die Simulationswerkzeuge besonders nützlich. Wegen Netzengpässen wurde es immer häufiger notwendig, dass Kraftwerke, Windräder und Photovoltaik-Anlagen zeitweise leistungsbegrenzt werden müssen. Die Menge an Ökostrom, in erster Linie aus der Windkraft, die durch das sogenannte Einspeisemanagement verloren geht, nahm in den letzten Jahren rapide zu. Im Rekordjahr 2017 entsprach sie in etwa 5 Prozent des gesamten erzeugten Windstroms.

1,4 Milliarden Euro kosteten 2017 in Deutschland die Maßnahmen für die Netzstabilisierung, die sich eigentlich nur durch einen Netzausbau senken lassen. Damit die neuen Netze optimal angepasst, ausgelegt und genutzt werden, ist für die Simulationen der Lastflüsse die Rechenleistung des »Smart Performance Clusters« unabdingbar. Die Jülicher konnten die Leistung gemeinsam mit IT-Dienstleistern und Entwicklern der Simulationssoftware für die parallele Bearbeitung durch eine Vielzahl von Prozessoren anpassen und einen Parallelrechner mit intelligenter Ressourcenverwaltung an die Anforderungen von TenneT abstimmen, was zur Beschleunigung der Anwendungen führte.