Die Rolle der Windenergie in der Energiewende: Chancen und Herausforderungen

Transkript

1 Die Rolle der Windenergie in der Energiewende: Chancen und Herausforderungen Bernhard Lange, Fraunhofer IWES

2

3 Herausforderung Klimaschutz Globale Emissionspfade Vorgabe: max. globale Emissionen 750 GT CO 2

4 Globales Potential Erneuerbarer Energien DLR / UNDP / Harvard Hoogwijk / DLR DLR FAO / WBGU UNDP / DLR UNDP / DLR UNDP

5 Transformation des Energieversorgungssystems Ungenutzt e Abwärme Genutzte Energie Quelle: Sterner, 2009

6 Zubau EE bis 2050 BMU-Leitstudie 2011 Energie: 260 TWh Leistung: 83 GW Windenergie als Hauptträger der Stromversorgung

7 Inhalt Energiewende Stand und Potential der Windenergienutzung Ausbaustand Technologieentwicklung Potential Transformation des Energieversorgungssystems Herausforderungen Windleistungsprognosen Steuerung der Windleistung Netzausbau

8 Installierte Leistung in D

9 Räumliche Verteilung der installierten Leistung

10 Ausbau Offshore

11 Entwicklung der Anlagengröße kw Ø 126m kw Ø 150m kw Ø 280m ww 2020

12 Größenvergleich

13 Größenvergleich

14 Größenentwicklung Rotor und Turm

15 Entwicklung Verhältnis Rotor zu Leistung

16 Entwicklung Verhältnis Höhe zu Leistung

17 Going south : wind in forest areas

18 Alte Turmkonzepte kommen zurück

19 und neue werden entwickelt

20 Potenzial in Deutschland 2012: 31 GW 46 TWh Nutzbare Flächen bei 2% Limit: 189 GW 390 TWh

21 Potential Offshore

22 Potential Offshore

23 Inhalt Energiewende Stand und Potential der Windenergienutzung Ausbaustand Technologieentwicklung Potential Transformation des Energieversorgungssystems Herausforderungen Windleistungsprognosen Steuerung der Windleistung Netzausbau

24 Herausforderungen der Netzintegration Steuerbar Flexible Standortwahl Wetterabhängig Ressourcenabhängige Standortwahl

25 Herausforderungen der Netzintegration Windleistung ist nicht an den Verbrauch angepasst Zeitlicher und räumlicher Missmatch Beispiel Wetterentwicklung (24 h)

26 Phasen der Energiewende P Frühe Phase Späte Phase Erneuerbare/Fluktuierende Quellen Fossile Quellen t P Fossile P Überschussenergienutzung A Lokal kann diese Situation heute schon erreicht werden Erneuerbare Erneuerbare Balancing Fossile Frühe Phase: Niedriger Level der Erneuerbaren t Späte Phase: Hoher Level der Erneuerbaren t Überschüsse und Defizite bestimmen die Energieversorgung

27 Netzintegration: Einspeisung 2050 Fluktuationen bei der Stromeinspeisung bestimmen die Energieversorgung

28 Herausforderungen der Netzintegration Mehr wetterabhängige Erzeugung Weniger steuerbare Kraftwerke Zeitweise 100% EE-Strom Prognosen unabdingbar Bessere Prognosen Prognose von SDL 28

29 Windleistungsprognose Folgetag Wetterprognosen für die Standorte von rep. Windparks Windleistungsprognosen für die repräsentativen Windparks Hochrechnung Numerisches Wettermodell Windleistungsprognose

30 Windleistungsprognose Kurzfrist Leistungsmessungen repräsentativer Windparks Windmessungen Wetterprognosen für die Standorte von rep. Windparks Windleistungsprognosen für die repräsentativen Windparks Hochrechnung Numerisches Wettermodell Windleistungsprognose

31 Windparkprognose mit Neuronalen Netzen 31

32 Prognosefehler Windleistung RMSE in % der installierten Leistung für ganz Deutschland Vorhersagehorizont

33 Analyse und Kombination verschiedener Wettervorhersagen Wettermodelle für Deutschland, Europa und global 33

34 Probabilistische Prognosen Keine Punktprognose sondern Wahrscheinlichkeitsverteilungsprognose für jeden Zeitpunkt Wahrscheinlichkeitsdichte Windleistung in % Nennleistung Zeit [Quelle: Dissertation A.Baier Fraunhofer IWES] 34

35 Steuerung der Windleistung Hierarchisches Kontrollsystem Kleinste Einheit: Windeinspeisung in einen Netzknoten = Cluster ÜNB Cluster Windpark Turbine

36 Cluster

37 Windpark Cluster Steuerung Steuerbefehle Windpark Cluster Monitoring Wirkleistung Blindleistung

38 Beispiel Wechold: Spannungssteuerung Steuerung von cos ϕ am Windpark Source: Enercon führt zu Spannungsänderung von 1,2 kv am UW Wechold (220 kv) Source: Enercon

39 Beispiel Bertikov: Wirkleistungssteuerung

40 Netzausbau Onshore

41 Onshore Netzplanung Leistungsflüsse zwischen ÜNB Erzeugung von simulierten Einspeisezeitreihen für alle Onshore-Cluster und Offshore-Windparks für 2008 und 2015 (dena-szenario) Lastflussberechnung im Übertragungsnetz der Vattenfall Europe Transmission

42 Abregelung wegen Netzengpässen

43 Offshore Netzplanung

44 Fazit Windenergie bleibt das Arbeitspferd der Energiewende (2050: 40%) Das Potential dafür ist mehr als vorhanden Die technologische Entwicklung ermöglicht neue Standorte (Binnenland, Offshore) Eine Transformation des Energieversorgungssystems ist nötig Die Systemintegration erfordert ein Umdenken in der Energiesystemtechnik Die Netzintegration erfordert einen Ausbau des Stromnetzes

45 Vielen Dank für ihr Interesse! Bernhard Lange