Zuverlässige Einspeisung regenerativer Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz

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1 Zuverlässige Einspeisung regenerativer Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz FuE-Projekt ZEREN 1

2 Energieversorgung durch Windkraft Sturmabschaltung 100% 0% 100% 0% 1.. 3min 1..3min 60% 90% Die Vision: 100% Versorgung durch regenerative Energie z.b. Windenergie Kurzzeitspeicher zum Ausgleich des unstetigen Windenergie - Angebots Kurzzeitspeicher überbrücken bei Sturmabschaltung, bis langsame Regelkraftwerke die Energieerzeugung übernehmen Regelkraftwerke als Warmreserve werden nicht benötigt Einsparung von Brennstoff und damit CO 2 2

3 Projektplanung Aktueller Stand Laufzeit des FuE-Projektes: 2 Jahre ( ) 1. Bestandsaufnahme der heute üblichen Strategien (20kV, >110kV offen) 50% 2. Entwicklung geeigneter numerischer Modelle für eine Windkraftanlage und das elektrische Energieversorgungsnetz, Implementierung der Modelle mit Hilfe des Simulationssystems ATP/EMTP 50% 3. Nachbildung von Teilen des saarländischen Energieversorgungsnetzes, Simulation der unter Nr. 1 analysierten Szenarien 50% 4. Einbindung der Kurzzeitspeicher in die unter Nr. 1 analysierten Szenarien, Optimierung des Kurzzeitspeichers inkl. der benötigten Leistungselektronik, Simulation der Szenarien 0% 5. Machbarkeitsstudie zur technischen Realisierung der Kurzzeitspeicher und deren leistungselektronischer Anbindung der Anlage an das Energieversorgungsnetz mit dem Simulationsprogramm Simplorer 0% 3

4 Windpark Freisen und Spannungshaltung 44km 44km 17km 40km 24km 12km Sicherstellung der Spannungshaltung (EN50160: 230V ±10%) Windkraft speist ins 20kV- Netz Leistungstransport im Saarland über 110kV-Netz Im 20kV-Netz sind keine Einrichtungen zur Spannungsregelung Hohe Spannung Hohe Leistungsaufnahme P = U 2 / R : U = 10% P = 21% Notfalls: Windkraftanlagen vom Netz trennen Es fehlen Zwischenspeicher zur Aufnahme elektrischer Wirkenergie im 20kV-Netz 4

5 Dateneingabe 20kV-Netz mit Windpark Betriebsmittel 50 Leitungen 30 Transformatoren 40 Messstellen 30 Verbraucher (Haushalte) Aktuelle Aufgaben Messung der Lastprofile von Industriebetrieben Entwicklung von Modellen zur Nachbildung von Lastprofilen 5

6 Entwicklung der Simulationstechnik Berechnung der Spannungen und Ströme Stationärer Fall Berechnung von U und I Darstellung in Tooltips Überwachung von Überstrom I> Unterspannung U< Überspannung U> Basis für systematische Untersuchungen der Netzzustände Wo ist der günstigste Ort für die Zwischenspeicher? Wie müssen die Zwischenspeicher dimensioniert und angebunden werden? 6

7 t t Maßnahmen zur Spannungshaltung Blindleistungkompensation mittels Kondensator und Umrichtertechnik Schaltung in Simplorer simuliert S1 S4 S5 TR1 TR3 TR5 L1 VM1 + V Weitere Aufgaben: Optimierung der Pulsmuster Verifizierung im Zusammenspiel mit dem Netz C1 S2 TR2 S3 TR4 S6 TR6 L2 L3 350u 350u Io 350u ET1 tet2 ET3 Einspeisen reiner Wirkleistung P Einspeisen kapazitiver Blindleistung 7

8 Maßnahmen zur Spannungshaltung Blindleistungkompensation (Ergebnis aus ATP und SIMPLORER ) U Netz Erhöhte Spannung durch Einspeisung von Wirkleistung U (ind) [V] U(kap) [V] Unetz(+6)% Unetz(-10%) 0 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 cos(phi) Durch Blindleistungssteuerung kann die Spannung geregelt werden! Weitere Aufgaben: Kondensatorauslegung bei Blindleistungssteuerung Untersuchung der Wirkleistungssteuerung mit Kondensatorauslegung 8

9 Der Kurzzeitspeicher ICE-Kondensator: 1mF / 3220V Ultra-Cap: 200F / 14V Volumen: 30,3 dm 3 Volumen: 3,8 dm 3 Ladung: 3,2 C Ladung: 2800 C Energieinhalt: 5,12 kj Energieinhalt: 39 kj Ultra-Cap: 8 x kleiner und 8 x mehr Energieinhalt! 9

10 Ausblick 2007: Der Kurzzeitspeicher Untersuchung des dynamischen Verhaltens (bis März 2007) Testschaltung entworfen und aufgebaut Optimierung notwendig Ziel: Vollständiges Ersatzschaltbild I C L R R R U C I SE R P U LL 10

11 Ausblick 2007: Netzdynamik Schaltspannung ca. 100% 11

12 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. 12