Regelenergie durch Windkraftanlagen

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1 Regelenergie durch Windkraftanlagen Präsentation Projektergebnisse SYMPOSIUM ENERGIEINNOVATION 2014 Graz, 14. Februar 2014 Malte Jansen Fraunhofer IWES, Kassel, Deutschland

2 Regelenergie durch Windkraftanlagen Projektlaufzeit: 05/ /2013 Angebotserstellung Angebotspotenzial [MWh] 3 x % 99% 99,8% 99,9% 99,99% 99,994% 99,999% 0.5 Nachweismethode P 0 1h 4h 24h Produktlänge Feldtest 0 15 Vorhaltung negativer 30 Regelleistung Abruf negativer Regelleistung 45 t [Min.] 2

3 Regelenergiemarkt in Deutschland n Allgemein n RZ-internes Pooling n Pay-as-Bid Vergütung (Gebotspreisprinzip) n Kein Wind bis jetzt erlaubt n Gate-Closure vor Spotmarkt n Minutenreserve n Wochentägliche Ausschreibung n Sekundärregelleistung n Wöchentliche Ausschreibung n Primärregelleistung n Symmetrisches Gebote 3

4 ANGEBOTSERSTELLUNG

5 Zuverlässigkeit Forderung 100% Vertrag mit Windkraftanlagen nicht möglich 99,994% guter Erfahrungswert Nutzung von probabilistischen Wind Prognosen X Wahrscheinlichkeit P(X x) P(X x) Leistung 5

6 Probabilistische Prognose - Windparks n Darstellung der probabilistischen Prognose des 30 GW Windparkpools, die mit einer Kerndichteschätzung erstellt wurde, auch möglich sind: n Quantile Regression mit künstlichen neuronalen Netze n Physikalische Verfahren / Physikalisch-Statistische Verfahren 6

7 Probabilistische Prognose steuerbare Anlagen Ws P [MW] Ws P [MW] n Pooling steuerbarer Anlagen mit Windparks n Gemeinsame probabilistischen Prognose für sechs Gaskraftwerke, basierende auf: n Ausfallwahrscheinlichkeiten n Leistungen 7

8 Angebotsstrategien Übersicht Vortagsauk*on Untertagsauk*on Vollbesicherung Teilbesicherung Keine Besicherung Es wurden drei Angebotsstrategien jeweils für eine Vortags- und eine Untertagsauktion (1h Vorlauf) definiert. 8

9 Windparkpools für die Potenzialuntersuchungen 30 GW Windparkpool - alle Windparks in Deutschland 1 GW Windparkpool - aus der Regelzone TenneT 1 GW Windparkpool aus der Regelzone 50 Hertz Windpark Feldheim und Altes Lager Kombinationen zweier Windparks 9

10 Regelleistungsangebot DA&ID bei 99,994% Zuverlässigkeit n Probabilistischen Vortags- und Kurzfristprognose für den deutschen 30 GW Windparkpool n Kurzfristprognose (1h) hätte Verletzung des Angebots identifiziert 10

11 Potenziale Vortagsauktion 30 GW und 1 GW Pool Angebotspotenzial [MWh] % 99 % 99.8 % 99.9 % % % 30 GW Windparkpool 1h 99,994% Ø 1,2 GW 4% Nennleistung Angebotspotenzial [MWh] h 4 h 24 h Produktlänge 95 % 99 % 99.8 % 99.9 % % % 1 GW Windparkpool 1h 99,994% Ø 3,7 MW 0,37% Nennleistung 0 1 h 4 h 24 h Produktlänge Bei einer Vortagsauktion hängt das Potenzial stark von der Größe des Pools, von der Produktlänge und von der Zuverlässigkeit ab. 11

12 Potenziale Untertagsauktion 30 GW und 1 GW Pool Angebotspotenzial [MWh] Angebotspotenzial [MWh] h Produktlänge 95 % 99 % 99.8 % 99.9 % % % 95 % 99 % 99.8 % 99.9 % % % 30 GW Windparkpool 1h 99,994% Ø 3,7 GW 12,3% Nennleistung 1 GW Windparkpool 1h 99,994% Ø 113 MW 11,3% Nennleistung 0 1 h Produktlänge Bei einer Untertagsauktion hängt das Potenzial kaum von der Poolgröße und der Zuverlässigkeit ab. 12

13 Potenzial Teilbesicherung Vortagsauktion Max. Angebot [MW] Pool Windparks Pool Gasturbinen Summe beider Pools Gemeinsamer Pool Zeit [1/4 Stunden] n Angebotspotenzial Pool 1GW Windpark und 5 Gasturbinen á 200 MW Durch das Pooling mit wenigen steuerbaren Anlagen kann das Potenzial bei einer Vortagsauktion deutlich gesteigert werden. 13

14 Potenzial Teilbesicherung Untertagsauktion Max. Angebot [MW] Pool Windparks Pool Gasturbinen 200 Summe beider Pools Gemeinsamer Pool Zeit [1/4 Stunden] n Angebotspotenzial Pool 1GW Windpark und 5 Gasturbinen á 200 MW Durch das Pooling mit wenigen steuerbaren Anlagen kann das Potenzial bei einer Untertagsauktion kaum gesteigert werden. 14

15 NACHWEISMETHODE

16 Nachweisverfahren negative Regelleistung P Fahrplan 0 15 Vorhaltung negativer 30 Regelleistung Abruf negativer Regelleistung 45 t [ Min.] P mögliche Einspeisung RdW 0 15 Vorhaltung negativer 30 Regelleistung Abruf negativer Regelleistung 45 t [ Min.] Prognose prob. 1 h - Kurzfristprognose reale Einspeisung mögliche Einspeisung Regelenergie 16

17 Nachweisverfahren positive Regelleistung P Fahrplan 0 15 Vorhaltung positiver 30 Regelleistung Abruf positiver Regelleistung 45 t [ Min.] P mögliche Einspeisung RdW 0 15 Vorhaltung positiver 30 Regelleistung Abruf positiver Regelleistung 45 t [ Min.] Prognose prob. 1 h - Kurzfristprognose 99, 9 % reale Einspeisung mögliche Einspeisung Regelenergie 17

18 Übersicht Kriterien 1. Reduzierung von Energieverlusten 2. Reduzierung der Kosten der Regelenergie 3. Betriebswirtschaftliche Umsetzbarkeit 4. Sicherheit der Regelleistung 5. Gleiche Marktbedingungen für alle 6. Technische Umsetzbarkeit 7. Marktintegration 8. Missbrauchsgefahr 18

19 Reduzierung von Energieverlusten Abgeregelte Energie pro Angebotsstunde [MWh/h_offered] Abgeregelte Energie mit Verfahren Fahrplan (Deutschland 30 GW) 95 % 99 % 99.8 % 99.9 % % % Zuverlässigkeit 1 Stunde 4 Stunden 24 Stunden n Energieverluste des Deutschlandpools Wind beim Verfahren Fahrplan n 1 GW oder 3,3% Nennleistung bei 99,994% und 1h Produktlänge n Keine Energieverluste mit möglicher Einspeisung = mehr EE 19

20 FELDTEST

21 Musterprotokoll Verfahren Fahrplan P/P n 0,8 Sollwert Istwert 0,4 Aktivierung Erbringung Deakti- vierung Vorhal- tung Aktivierung Erbringung Deakti- vierung Toleranzbereich t Das Musterprotokoll enthält neben dem Sollwertverlauf auch einen Toleranzbereich, der an den Regelung im Rahmenvertrag angelehnt ist. 21

22 Feldtest Verfahren Fahrplan Leistung [% der Nennleistung] Soll-Leistung Toleranzbereich Ist-Leistung Zeit [s] Die technische Umsetzung des Verfahrens Fahrplan stellt für Windparks keine Herausforderung dar. 22

23 Musterprotokoll Verfahren mögliche Einspeisung P/P n 0,8 Sollwert Istwert 0,4 Aktivierung Erbringung Deakti- vierung Vorhal- tung Aktivierung Erbringung Deakti- vierung Toleranzbereich mögliche Einspeisung t Auch beim Verfahren mögliche Einspeisung enthält das Musterprotokoll neben dem Sollwertverlauf einen Toleranzbereich. 23

24 Feldtest Überblick 1,5 1 Feldheim 40 MW 0,5 0-0,5 00:21:36 00:21:09 00:20:42 00:20:15 00:19:48 00:19:21 00:18:54 00:18:27 00:18:00 00:17:33 00:17:06 00:16:39 00:16:12 00:15:45 00:15:18 00:14:51 00:14:24 00:13:57 00:13:30 00:13:03 00:12:36 00:12:09 00:11:42 00:11:15 00:10:48 00:10:21 00:09:54 00:09:27 00:09:00 00:08:33 00:08:06 00:07:39 00:07:12 00:06:45 00:06:18 00:05:51 00:05:24 00:04:57 00:04:30 00:04:03 00:03:36 00:03:09 00:02:42 00:02:15 00:01:48 00:01:21 00:00:54 00:00:27 00:00:00 VK IWES - 1 Altes Lager 40 MW - 1,5 Primärregelleistung Sekundärregelleistung 24

25 Ergebnisse Feldheim mittlere Windleistung Leistung [MW] Feldheim me P- Soll P Leistung [MW] Soll- RL Toleranz 0 Ist- RL Zeit [s] Die Herausforderung beim Verfahren mögliche Einspeisung ist nicht die Aktivierungsgeschwindigkeit sondern das Folgen der Windleitungsvariabilität. 25

26 Ergebnisse Feldheim hohe Windleistung 40 WP FELDHEIM1 live me Leistung [MW] 30 me 20 P- Soll P Leistung [MW] Soll- RL Toleranz Ist- RL Zeit [s] Bei einer hohen Windleistung nimmt die Fluktuation der Windleistung zu, wodurch auch die Einhaltung des Sollwertes erschwert wird. 26

27 Ergebnisse Altes Lager + Feldheim Leistung [MW] Pool aus Feldheim 1 und Altes Lager me Sollwert Istwert Leistung [MW] Soll- RL Toleranz Ist- RL Zeit [s] Bereits durch das Pooling von zwei Windparks steigt die Genauigkeit deutlich an, sodass ein Pool von mehreren Windparks vermutlich genau genug ist. 27

28 FAZIT

29 Ergebnisse n Probabilistische Prognosen ermöglichen Zuverlässigkeit n Für die Potentiale sind kurze Vorlaufzeit und/oder Produktlängen und große Poolgrößen wichtig n Regulatorische Rahmenbedingungen sind maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit n Feldtest mit einem Virtuellen Kraftwerk hat die Regelleistungserbringung erfolgreich erprobt n Regelleistung könnte mit dem Verfahren Fahrplan jetzt schon angeboten werden n Bestimmung der möglichen Einspeisung nicht ausreichend genau 29

30 Ausblick & Diskussion n Ausblick n Abschlussbericht n Nachfolgeprojekt ReWP n mögliche Einspeisung PV n Angebotsstrategien n IKT-Lösungen n Diskussion n Wie gehen wir mit stochastischen Einheiten im Energiesystem um? n Wie ist die Situation in Österreich? 30

31 Malte Jansen VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT