Systemdienstleistungen durch Wind

Transkript

1 René Just Systemdienstleistungen durch Wind und PV-Anlagen 12. CIGRE/CIRED, 1. Oktober 2014, Leipzig

2 Herausforderung: Umbau der Energieerzeugung Heute: dominiert durch Synchronmaschine (SM) Synchronmaschine besitzt inhärente Eigenschaften auf die unser Elektroenergiesystem abgestimmt ist wie: - FRT Verhalten innerhalb der Stabilitätsgrenzen - Spannungsregelung - P-Regelbarkeit - Massenträgheit à frequenzstabilisierend - hoher stationärer KS-Strom - Geringe Gegensystemimpedanz à wirkt spannungssymmetrierend - wirkt oberschwingungsdämpfend - Stabilitätsgrenzen

3 Herausforderung: Umbau der Energieerzeugung Morgen: dominiert durch Leistungselektronik (Umrichter/ Wechselrichter) Wechselrichter besitzen (fast) keine inhärenten Eigenschaften à gewünschte Eigenschaften können/müssen programmiert werden à Vorteil: Fast alles ist möglich! à Nachteil: gewünschte Eigenschaften müssen qualitativ genau festgelegt, implementiert und getestet werden!

4 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen Gestern Heute Zukunft! Energieerzeugung aus EE- Anlagen Netzintegration von EE- Anlagen Systemsicherheit durch EE- Anlagen Wirkleistungseinspeisung LVRT Spannungsqualität Blindleistung Schutztechnik Kommunikationstechnik (SDLWindV) Alle SDL für: Frequenzstabilität Spannungsstabilität Verdrängung Fossiler Brennstoffe Versorgungsqualität Systemsicherheit

5 SDL - Verantwortung und Rahmenbedingungen EnWG Kurzschlussleistung Sk Blindleistung Q Speicher EEG EnWG??? Wirkleistung P EEG

6 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen SDL Mögliche zukünftige Anforderungen an EE - Anlagen System und Betriebsführung Versorgungswiederaufbau Schnelle Kommunikationsverbindungen, definierter Datenaustausch Netz(insel)betriebsfähigkeit ; Schwarzstartfähigkeit Frequenzhaltung Statische Spannungshaltung Dynamische Netzstützung Spannungsqualität Einspeisemanagement, Momentanreserve, Leistungsglättung, Regelleistung (Primär, Sekundär und Tertier) Blindleistungsbereich; Q(U) Regelung Erweiterter Blindleistungsbereich; STATCOM Spannungsstabilität bei hochohmigen NAP LVRT-Verhalten OVRT-Verhalten, Gegensystemstromeinspeisung?, Kurzschlussstrom > Nennstrom Einhaltung von Anforderungen an die Emission von Oberschwingungen, Flicker, etc. Dämpfung von niederfrequenten Oberschwingungen Dämpfung von Netzpendellungen

7 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen SDL: Statische Spannungshaltung P alt aktuell erweitert STATCOM Erhöhte Investitionskosten und erhöhte Betriebskosten Erhöhte Investitionskosten und deutlich erhöhte Betriebskosten 20%P r +Q -Q

8 Blindleistungseinsatz in der Schweiz Grundsätze: Wenn Kraftwerk am Netz, muss Beitrag zur Spannungshaltung geleistet werden Verfügbare Blindleistung muss zur Spannungshaltung eingesetzt werden Vergütung der ausgetauschten Blindenergie, sofern sie zur Erreichung der Sollspannung beiträgt Verrechnung von Blindenergie, die kontraproduktiv im Sinne der Sollspannung ist Für überobligatorische Blindleistung (erweiterter Blindleistungsstellbereich) wird bilateraler Vertrag geschlossen. Quelle: Swiss grid, Spannungsregelung im Übertragungsnetz der Schweiz, M. Greidl,

9 Regulatorische Rahmenbedingungen Bsp. Schweiz Aktive Rolle bei Spannungshaltung = Kraftwerke mit Spannungsregelung W Q : Blindleistungsaustausch U m : Messabweichung der Spannung K=1: konform K=0: nicht konform 9 Quelle: Swiss grid, Spannungsregelung im Übertragungsnetz der Schweiz, M. Greidl,

10 Blindleistungsvergütung Beispiel Schweiz Passive Rolle bei Spannungshaltung = unterlagerte Netze und Kunden W Q : Blindleistungsaustausch W P : Wirkleistungsaustausch LF: Leistungsfaktor A: Arbeitspunkt Prinzip der der leistungsfaktorabhängigen Verrechnung von Blindenergie 10

11 Blindleistungsvergütung Beispiel Schweiz Mögliche Vorteile für Netzbetreiber und EE-Kraftwerksbetreiber in Deutschland: Unmittelbares Erschließen von bereits vorhandenen Blindarbeitssquellen im Verteilnetz, durch Nutzung der Bestandsanlagen. (im Teillastbetrieb der Wechselrichter kann mehr Blindarbeit bereitstellen als mit festen cos Phi gefordert.) Individuelles Ausnutzen von Blindleistungsreserven durch den VNB/ÜNB abhängig von seiner Netzsituation Volkswirtschaftlich optimale Nutzung von Blindleistungserzeugern, da über Markt geregelt Verursachergerechte Vergütung der Blindleistungsfahrweise von EE-Kraftwerken Keine Differenzierung zwischen Bestandsanlagen und Neuanlagen notwendig. 11

12 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen Regelleistung aus EE-Anlagen Warum jetzt? Regelleistungsmarkt: typische Regelleistungsbänder an einem modernen 800/900 MW Braunkohleblock +/-3% Pprim Ist ein Grund für die Höhe der MUST RUN Leistung konv. Kraftwerke 100% 10% Psek 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 40% - 50% MR Mindestlast 100 % Bruttoleistung Forderung: MUST RUN Leistung reduzieren durch: 1) Regelgeschwindigkeit von konv. Kraftwerken erhöhen 2) Regelleistung durch EE- Anlagen und /oder Speicher bereitstellen 0% Quelle: BTU, Stefan Lechner, Vortrag Vernetzungstreffen Leuchtturmprojekte,

13 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen Quelle: Dr. Müller-Mienack (Techn. Leiter GridLab)

14 Technische Möglichkeiten der EE-Anlagen SDL: Regelleistung aus EE-Anlagen Quelle: IWES, Optimierung der Marktbedingungen für die Regelleistungserbringung aus Erneuerbaren Energien, April 2014

15 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Pilotprojekt RRKW Feldheim Speicher: Lithium Ionen Batterie Wechselrichter: Standardwechselrichter der Fa. ENERCON Leistung : 10 MW/ ca. 14,5 MVA/ ca. 10,5 MWh Wirkungsgrad AC/AC: > 85% Netzanschluss: Windpark Feldheim Vermarktung: Primärregelleistung Investition: 12,5 Mio Förderung: Ja, vom Land Brandenburg Betrieb: 10 Jahre Zeitplan: Baubeginn: August 2014 Netz Quelle: Energiequelle GmbH

16 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Pilotprojekt RRKW Feldheim Herausforderungen Vermarktung am Regelleistungsmarkt /Präqualifikation Netzanschluss innerhalb eines Windparks (BM-Dimensionierung, Nachweis elektr. Eigenschaften) Zählkonzept (unterschiedliche Bilanzkreise) Systemsteuerung (Wirk- + Blindleistungsanforderungen, Batterielademanagement, Umgebungsbedingungen) Lebensdauer Batterie Eigenbedarfskonzept Brandschutzkonzept Klimatisierungskonzept Quelle: Energiequelle GmbH

17 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Was ist zu beachten? 1) Welche Systemdienstleistungen werden wann und wo im Netz aus EE-Anlagen benötigt? Welche physikalischen Eigenschaften Mindestanforderungen werden an EE-Anlagen künftig gestellt? Sind unterschiedliche technische Mindestanforderungen in Abhängigkeit des Netzanschlusspunktes (bspw. differenziert nach der Spannungsebene) technisch und wirtschaftlich sinnvoll? Welche zusätzlichen physikalischen Eigenschaften müssen Must Run Units erfüllen? (Achtung: übliche Vorlaufzeiten für Entwicklung, Implementierung, Test, Zertifizierung betragen 3 bis 5 Jahre) 2) Welche SDL müssen EE-Anlagen zukünftig erbringen und welche SDL sollen durch Dritte (Spezialisten) erbracht werden? 3) Welche kostenoptimierten Konzepte zur Erbringung von SDL gibt es bzw. können entwickelt werden (Marktmechanismen)? 4) Welche regulatorischen Rahmenbedingungen müssen ergänzt werden um die gewünschten weiteren SDL von EE-Kraftwerken (bspw. Regelleistung) erhalten zu können?

18 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Aktivitäten mit Beteiligung der EE-Branche DENA- Studie, Systemdienstleistungen 2030 Bericht vom Februar Thema: Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Stromversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien Forschungsprojekt: Regelenergie aus Wind Abschlussbericht vom März 2014 (Fraunhofer IWES) - Thema: Bestimmung der möglichen Ist-Einspeisung aus Windparks inkl. Feldtests EU - Forschungsprojekt: REserviseS - Endbericht vom September 2014 (EWEA, Fraunhofer IWES) - Thema: Wirtschaftliche Bereitstellung von Systemdienstleistungen aus Wind und Photovoltaik Forschungsprojekt: Regelleistung durch Wind und Photovoltaik Start: August 2014 (Fraunhofer IWES) - Thema: Bestimmung der möglichen Ist-Einspeisung aus Windparks inkl. Feldtests Forschungsprojekt: Netz:Kraft Start:??? 2014 (Fraunhofer IWES) - Thema: Netzwiederaufbau unter Berücksichtigung zukünftiger Kraftwerksstrukturen

19 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Idee: Verbundkraftwerk

20 Systemdienstleistungen aus EE-Anlagen Konzept: Verbundkraftwerk Umspannwerk 380/110 kv 110 kv Erdleitungen (separates Netz) Sammel-UW 110/20 kv 1. Minimierung der Infrastrukturkosten durch bessere Auslastung der Betriebsmittel 2. Zentrale Bereitstellung von SDL analog heutigen Großkraftwerken (Blindleistung, Regelleistung, Netz(insel)betrieb, 380 kv-freileitung 3. Einfache, zentrale Kommunikation zwischen Kraftwerksbetreiber und Netzbetreiber 4. Minimierung der volkswirtschaftlichen Kosten durch Minimierung der zusätzlich benötigten Speicherinfrastruktur 20 kv Projektleitungen 5. Zentrale Direktvermarktung, ein Bilanzkreis 6. Verringerung des Verlustes von Erzeugungsleistung am HöS Quelle: Parabel GmbH

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bundesverband WindEnergie e.v. T +49 (0)30 / Neustädtische Kirchstraße 6 F +49 (0)30 / Berlin info@wind-energie.de