BTC NetWork Forum Energie 2010

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1 BTC NetWork Forum Energie Menschen beraten BTC zeigt Wege auf - Sie entscheiden Technisch / wirtschaftlich otimierte Regelung von Windarks Ansätze und Lösungen Jan Bultmann BTC AG Presales & Beratung Energie

2 Überblick Die Erfolgsgeschichte der erneuerbaren Energien bedarf neuer Lösungen der Netzintegration, um die Beherrschbarkeit der Übertragungs- und Verteilnetze zu gewährleisten. Ein möglicher Baustein ist der BTC Windarkregler. 2 Anzahl der Windenergieanlagen und installierte Leistung in Deutschland [GWh] Beitrag der erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung in Deutschland Wasserkraft Biomasse * Windenergie Photovoltaik StromEinsG: Januar März 2000 Novelle BauGB: November 1997 EEG: Aril 2000 EEG: August 2004 EEG: Januar 2009 Anlagenzahl Anlagenanzahl, kumuliert installierte Leistung, kumuliert [MW] [MW] Quelle: B. Neddermann: Status der Windenergienutzung; Stand: ; Deutsches Windenergie-Institut (DEWI); Bild: BMU / Brigitte Hiss; Angaben vorläufig Quelle: BMU * feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deonie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; Strom aus Geothermie aufgrund geringer Strommengen nicht dargestellt; StromEinsG: Stromeinseisungsgesetz; BauGB: Baugesetzbuch; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgrue Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Christoh Edelhoff; Stand: Setember 2010; Angaben vorläufig

3 Energieversorgung gestern / heute konventionelle Energieerzeugung: Lastfolgebetrieb EEG Anlagen: ungeregelt konventionelle Energieverteilung: hierachisch 3 Energieerzeugung Energieverteilung Energieverbrauch

4 Energieversorgung heute / morgen Energieerzeugung: zunehmende Rolle EEG Energieverteilung: alternierender Energiefluss Netzautomatisierung: komlexe, bedarfsgerechte Steuerung von zentralen und dezentralen Energieerzeugern, Seicherung überschüssiger Energie, Verbrauchersteuerung 4 Energieverbrauch Netzmanagement Energieerzeugung Energieverteilung

5 Herausforderung Regenerative Energien Energieerzeugung entfernt vom Verbraucher (Offshore) Energieerzeugung schlecht rognostizierbar, sehr dynamisch (Photovoltaik) Ausbau EEG-Einseisungen erfolgt schneller als Netzausbau bei gleichzeitiger Pflicht zum Anschluss an das Netz 5 Folgen: Ungleichgewicht von Erzeugung und Verbrauch Probleme im Stromnetz [seit 2008 muss statistisch an jedem 2. Tag zur Ausregelung der Windeinseisung in das Stromnetz eingegriffen werden ( 13 EEG)] aus HAZ vom

6 Rechtliche Grundlagen / Systemdienstleistungen: 6 EEG 2009 Im 6 Abs. 1, des EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) ist festgelegt, dass alle Anlagen über 100 kw Nennleistung mit einer technischen oder betrieblichen Einrichtung zur ferngesteuerten Reduzierung der Einseiseleistung bei Netzüberlastung zur Abrufung der jeweiligen Ist-Einseisung SDLWindV (2009 /Systemdienstleistungswindverordnung) stellt technische Anforderungen an die Stromeinseisung von Windenergieanalgen, mit dem Ziel die Netzstabilität auch bei einem steigenden Windstromanteil zu gewährleisten EEG 2009 SDLWindV

7 Systemdienstleistungen Welche Systemdienstleistungen sind zu erbringen: 7 Wirkleistungsregelung Wirkleistungsreduktion bei Sollwertvorgabe Wirkleistungsgradient nach Sannungslosigkeit WEA 1 Frequenzüberwachung Frequenzhaltung durch Wirkleistungsreduktion WEA 2 WEA 3 WEA 4 Blindleistungsregelung Unterstützung verschiedener Modi - Online-Sollwertvorgabe der Blindleistung - Online-Sollwertvorgaben des Leitungsfaktors (cos hi) Regelsignale - Stufentabelle / Kennlinie in Abhängigkeit der Wirkleistung BTC Regler Stromnetz

8 Vergleich: konventioneller Kraftwerke Offshore Windark Regelung konventioneller Kraftwerke: ein Generator mit maximal zwei Regelkreisläufen Synchrongeneratoren mit Netzfrequenz 8 Aus Adolf J Schwab: Elektroenergiesysteme. Sringer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

9 Vergleich: konventioneller Kraftwerke Windark Regelung Windkraftwerke: 1 - n Generatoren unterschiedliche Generatortyen (häufig Asynchrongeneratoren) 9 Windark-Cluster Anforderungen: Profilbasierte Betriebsweise unbeeinflusster Betrieb Leistungsbegrenzung energetische Plantreue konstante Leistung Bereitstellung von Regelleistung Windark-Cluster Windark Anforderungen Netzanschlussregeln: Maximalleistungsbegrenzung (dynamische Grenzwertvorgabe) Kurzschlussstrombeteiligung Notabschaltung bei Netzausfällen koordinierter An- und Abfahrvorgang (Gradientenbegrenzung) WP 1 WP 2 WP N Einzel-WEA Anforderungen: sicherer- und zuverlässiger Betrieb maximale Energieausbeute Kurzschlussstrombeteiligung WEA 1,1 WEA 1,2 WEA 2,1 WEA 2,2 WEA N,1 WEA N,2 WEA 1,3 WEA 2,3 WEA N,3

10 Beisiel aus Projekt Komonenten Windenergieanlagen Multibrid: Synchrongenerator mit Permanentmagnet REower: Doelt-geseister Asynchrongenerator Siemens: vollständig gekaselter Asynchrongenerator mit Kurzschlussläufer ohne Schleifringe Innerarkverkabelung / Sammelschienen / Schaltmittel Transformator / Komensationsanlage 10 zentrale Regelung erforderlich Ansammlung sich gegenseitig beeinflussender WEA mit unterschiedlichen Kennlinien weitere nicht lineare Komonenten in Regelstrecke mehrere Teilarks an einem NAP dynamische Netztoologien

11 Regelstruktur BTC Windarkregler WEA Hersteller A IEC IEC IEC mA-Schnittstelle OPC WEA Hersteller B 11 Interface A TCP/IP Interface B BTC Windarkregler Eisman- Signal Messwert P, Q Netzübergabeunkt

12 BTC NetWork Forum Energie 2010 Herkömmliche Regelung G 12 G NAP zum Patent angemeldetes Verfahren der BTC t - überwacht den Netzanschlussunkt, berechnet individuelle Sollwerte je WEA - individuelle Sollwerte als Ergebnis einer Simulation des WP inkl. aller Komonenten auf Basis Lastflussberechnung - dynamische Anassung der Regelarameter (Toologie, ) - individuelle Sollwerte erlauben Otimierung G G Simulation NAP t

13 Teststufe - Regelungsverhalten Matlab/Simulink-Modell: Regelung mit adatiertem C++ WFCS Controller 13

14 Simulation diverser Parameter am Modell Beisiel eines konkreten Testfalls Anfahren Windark 14 Windgeschwindigkeit Vorgegebene und momentane Wirkleistung am NAP Vorgegebenen und momentane Blindleistung am NAP Momentane Wirkleistung der einzelnen WEA Momentane Sannung am NAP Momentaner Leistungsfaktor cos(phi) am NAP

15 Offshore: Integration in Betriebsführungssystem Beobachten und Bedienen der WEAs (auch mehrerer Windarks) des internen Stromnetzes des Umsannwerks des Netzübergabeunkts der Offshore-Plattform, z. B. Notstromversorgung, Löschanlagen, IT-Systeme, IT-Netze Lösung Offshore: Integration des Windarkregler in Parkleitsystem schafft Möglichkeit der übergeordneten Otimierung 15 Windarkregelung (auch für mehrere Parks) Einhaltung der Netzanschlussregeln Einseisemanagement Anfahren des Windarks Notbetrieb des Windarks Kommunikation Über 100 verschiedene Protokolle Konkret: IEC und IEC für WEA OPC (V2.0 / XML) für WEA IEC für Schaltanlagen / UW / WEA Wind Farm Center SCADA basierend auf BTC PRINS

16 Wind Farm Center Control System Architektur 16 Hochverfügbares System mit redundanter Anbindung Hochverfügbares Netzwerk mit Trennung in VLAN s / Diagnose, Management und Verwaltung komlett Onshore möglich Standardschnittstellen, Anbindung von Hoteltechnik, Videotechnik, Befeuerung, Zugangsüberwachung, Notbeleuchtung, ) Vermeidung von Schnittstellen (Mehrfachrojektierung,Anassung, doelte IBN, Service, ) Otimierung nur auf Basis gemeinsamer Datenbasis möglich

17 Onshore: Stand-alone Lösung Beobachten und Bedienen Webkonsole Alarmierung er / SMS Lösung Onshore: Verwendung des identischen Algorithmus im Controller 17 Windarkregelung (auch für mehrere Parks) Einhaltung der Netzanschlussregeln Einseisemanagement Anfahren des Windarks Notbetrieb des Windarks Stand-alone Lösung Kommunikation IEC , OPC Signale (4..20 ma)

18 BTC Windarkregler: Struktur Onshore 18 IEC IEC IEC mA-Schnittstelle OPC Parkrechner Fernwirkstation GSM- Modem BTC Windarkregler Hersteller SCADA Netzleitsystem Netzübergabeunkt

19 Signale: Windarkregler 19

20 Beisiel: Windark Büren Aktive Information aus dem Park 20

21 Nächste Schritte Zertifizierung im Sinne der SDLWindV für Windarkregler weitere Otimierungen durch Kundenrojekte (neue Regelarameter, neue Schnittstellen,...) weitere Otimierung durch Wissenszuwachs Betriebsmodi (Windanströmung, Wartung,..) Einsatz in Netzautomatisierung, z.b. in Umsannwerk (EVU bietet Windarkregelung als Dienstleistung für Parkbetreiber an) 21

22 BTC Wind Farm Center - Module Qualifikations -verwaltung & -überwachung 22 Personalverwaltung Berichtswesen Finanz- und Anlagenbuchhaltung Wetterrognose Überwachung Seeraum & Wetter Überwachung & Steuerung Offshorelattform Windarkregler BTC Wind Farm Center Maßnahmenlanung Einsatzlanung Transortmittelverwaltung Leistungs- & Ertragsrognose Analyse & Otimierung WEA Überwachung & Steuerung Netze & UW Materialbeschaffung WEA Lebensakte Überwachung & Steuerung WEA Material- & Werkzeugverwaltung Condition monitoring

23 Die Standorte der BTC AG Hautsitz: Escherweg Oldenburg Fon: + 49 (0) 441/ Fax: + 49 (0) 441/ Luisenstraße Bad Homburg Fon: +49 (0) Fax: +49 (0) Kurfürstendamm Berlin Fon: + 49 (0) 30/ Fax: + 49 (0) 30/ Mary-Somerville-Straße Bremen Fon: +49 (0) 421/ Fax: +49 (0) 421/ Wittekindstraße Dortmund Fon: +49 (0) 231/ Fax: +49 (0) 231/ Bartholomäusweg Gütersloh Fon: +49 (0) 5241/ Fax: +49 (0) 5241/ Klostergasse Leizig Fon: +49 (0) 341/ Fax: +49 (0) 341/ Wilh.-Th.-Römheld-Str Mainz Fon: + 49 (0) 6131/ Fax: + 49 (0) 6131/ Türkenstraße München Fon: +49 (0) 89/ Fax: +49(089) An der Alten Ziegelei Münster Fon: +49 (0) 251/ Fax: +49 (0) 251/ Konrad-Zuse-Straße Neckarsulm Fon: +49 (0) 7132/ Fax: +49 (0) 7132/ Çayiryolu 1, Partaş Center Kat: Içerenköy, Istanbul Fon: +90 (216) Fax: +90 (216) ul. Małe Garbary Poznań Polen Fon: +48 (0) Fax: +48 (0) Hasebe Build.11F, Sendagi, Bunkyo-Ku, Tokyo Jaan Fon: +81 (3) Fax: +81 (3) Bäulerstraße 20 CH-8152 Glattbrugg Schweiz Fon: +41 (0) 44/ Fax: +41 (0) 44/ Kehrwieder Hamburg Fon: +49 (0) 40/ Fax: +49 (0) 40/

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