Der Einfluss von Windenergie auf das Netzverhalten. Dr.-Ing. Uwe Radtke, Lehrte Dipl.-Ing. Holger Kühn, Bayreuth Frankfurt, 30.

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1 Der Einfluss von Windenergie auf das Netzverhalten Dr.-Ing. Uwe Radtke, Lehrte Dipl.-Ing. Holger Kühn, Bayreuth Frankfurt, 30. September 2003

2 I. Einleitung ENE-TSS-Küh Inhaltsangabe I. Einleitung II. III. IV. Entwicklung der Einspeiseleistung aus Windenergieanlagen Technische Grenzen der Einspeisung von Windenergie Thermische Grenzen Spannungsstabilität Frequenzstabilität Kurzschlussleistung Zentral oder dezentral?

3 I. Einleitung ZN-TPP/Le Dr. Ra NAR_HS_neu.ppt 3

4 II. Entwicklung der Einspeiseleistung ENE-TSS-Küh Entwicklung der Einspeiseleistung aus Windenergieanlagen Installierte Leistung / Installed Capacity, MW Onshore and Offshore Onshore Jahr / Year Hamburg Messe und Congress GmbH, 2002

5 ENE-TSS-Küh Technische Grenzen der Einspeisung von Windenergie Thermische Grenzen Spannungsstabilität Frequenzstabilität Kurzschlussleistung

6 Lastfluss und Windeinspeisung G 380/220 kv G 380/220 kv Netz Netz 110 kv 110 kv Netz Netz MS MS Last Ohne Wind Last Mit Windüberschuss

7 Windenergieentwicklung und Netzausbau für E.ON Netz MW installierte Windleistung zusätzliche Trassenkilometer 1000 Kumulierte zusätzliche Trassenkilometer und 380 kv in km Kosten 2001 Ende Mio. Quelle: IAEW RWTH Aachen 2002

8 ENE-TSS-Küh Spannungsstabilität Ist eine Frage der Blindleistung Blindleistung kann in Hoch- und Höchstspannungsnetzen nicht über weite Entfernungen transportiert werden Blindleistungsbereitstellung ist ein regionales Problem daher muss Blindleistung von den regionalen Erzeugungseinheiten geliefert werden ==> von regenerativen Erzeugungseinheiten werden dieselben Fähigkeiten der Blindleistungsbereitstellung verlangt, wie von konventionellen Kraftwerken

9 ENE-TSS-Küh Eine Möglichkeit der Blindleistungssteuerung U/Q-Kennlinie

10 Quelle: HSL Lehrte Windenergieerzeugung Windenergieerzeugung MW Abschaltung wegen Sturm fiktive Erzeugung von Windenergie :00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 tatsächliche Erzeugung von Windenergie

11 Quelle: HSL-Lehrte Systematik des Ausgleichsbedarfs für den Wind Prognose Ist-Windeinspeisung Ausgleichsbedarf 8:00 Uhr Vortag Prognose Ist-Windeinspeisung 8:00 Uhr Vortag Prognose 8:00 Uhr Vortag Band Prognose Band an an Bilanzkreise 8:00 Uhr Vortag Band an Bilanzkreise Band Band an an Bilanzkreise Bilanzkreise Tagesband an ÜNB Tagesband an ÜNB Leistung MW :15 0:15 0:15 0:15 0:15 0:15 0: Zeit

12 Kosten pro Jahr Mio Entwicklung der Ausgleichskosten (Gesamt) Jahr Preisbasis: (Markt) /MWa pos /MWa neg. 100 /MWh pos. 0 /MWh neg. Die aktuellen Regelenergiepreise finden Sie im Internet der E.ON Netz GmbH unter Netznutzung Ausschreibung - Regelleistung Datum: Tagespreis auf Jahr umgerechnet Quelle: Internet E.ON-Netz

13 ENE-TSS-Küh Kraftwerksregelleistung Speichermöglichkeiten Beispiel PSW Goldistal 1060MW für 8h Beispiel Luftspeicherkraftwerk Huntorf 290MW für 2h Last verschieben Beispiel Tiefkühltruhen: ca. 1GW

14 ENE-TSS-Küh Anlaufzeitkonstante Bestimmend für die Anlaufzeitkonstante des Netzes ist das Verhältnis rotierende Massen / Leistung des Netzes Dieses ist bei Windmühlen (großer Durchmesser der Rotoren) hoch Jedoch wegen der drehzahlvariablen Antriebe vom Netz entkoppelt In Zukunft werden hierfür Anforderungen gestellt werden müssen, die durch Regleralgorithmen in der Stromrichtertechnik zu realisieren sind

15 ENE-TSS-Küh Auswirkungen verringerter Kurzschlussleistung auf die Netzspannung während eines Kurzschlusses Auswirkungen unkonventioneller Erzeugungskonzepte auf die Netzspannung nach einem Kurzschluss Auswirkungen verringerter Kurzschlussleistung auf die Spannungsqualität

16 Spannungsprofil nach dreipoligem Fehler Ausfall der gesamten WEA-Einspeiseleistung

17 Verkettete Spannung U/U N Verhalten von WEA bei Netzstörungen 100% 70% unterer Wert des Spannungsbandes 45% 15% Zeit in ms Zeitpunkt eines Störungseintritts ENE-TSS-Küh

18 ENE-TSS-Küh Spannungstrichter bei dynamischer Phasenwinkeländerung und Erhöhung des Strombetrages der regenerativen Erzeuger im Kurzschlussfall starres UCTE-Netz Norddeutscher Ausläufer des Verbundnetzes mit regenerativen Erzeugern I U/U N U Regenerative Erzeuger im VZS

19 ENE-TSS-Küh Gedankenmodell kraftwerksferner Kurzschluss Ik( α) 1 Winkel( α) U( α) U( α) 1

20 ENE-TSS-Küh III. Technische Grenzen der Einspeisung von Windenergie Verhalten von WEA bei Netzstörungen - 2 U/U n 100% 60% 80% Spannungseinbruch 2,3s t/s I/I n 100% Kurzschlussstrom definierter Höhe und mit einer definierten Winkellage t/s Sollverhalten I/I n 300% Istverhalten Undefinierter Strom mit beliebiger Winkellage, nicht kurzschlussstüzend Aufnahme von Blindstrom bis 3 * I n t/s

21 Very Slow Voltage Recovery Quelle: EPRI_PEAC_Initial_Analysis, 14. August :10: New Jersey ENE-TSS-Küh

22 ENE-TTP-Dr. Winter Netzspannungen nach einem 3-poligen Fehler im 380-kV-Netz - Fehlerklärungszeit 150 ms 380-kV-UW U Abweichung der Netzspannung von der Netznennspannung in % -50% 380-kV-UW K -50% 220-kV-UW C -50% 110-kV-UW S -50% 110-kV-UW O -50% 110-kV-UW H-N -50% t [sec] 1.00 Keine selektive Abschaltung von netzunverträglichen Windparks Selektive Abschaltung von netzunverträglichen Windparks Umschaltung der Windparks von cos ϕ Regelung auf Spg-Regelung bei Netzfehlern

23 Netzspannungen nach einem 3-poligen Fehler im 380-kV-Netz - Fehlerklärungszeit 150 ms +50% 380-kV-UW -50% +50% 110-kV-UW -50% Keine selektive Abschaltung von netzunverträglichen Windparks Selektive Abschaltung von netzunverträglichen Windparks Umschaltung der Windparks von cos ϕ Regelung auf Spg-Regelung bei Netzfehlern t [sec] 1.00

24 ENE-TSS-Küh Oberschwingungen Verbrauchermodell Erzeugermodell

25 IV. Zentral oder Dezentral? ENE-TSS-Küh Zentral oder dezentral? These: die Nutzung der Windenergie führt zu einer Konzentrierung von Erzeugungsleistung im Norden, für die der Ausdruck dezentral nicht mehr angebracht ist These: Standort und Größe von Erzeugungseinheiten hängen bei idealen Marktverhältnissen ab von - den Transportkosten des Primärenergieträgers - den Transportkosten der elektrischen Energie und der - Kostendegression bei zunehmender Größe der Erzeugungseinheiten These: Dezentrale Energieerzeugung hat vor allem bei hohen Transportkosten für die umgewandelte Energie Chancen, beispielsweise bei gemeinsamer Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme

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