OFFSHORE-NETZINTEGRATION

Transkript

1 OFFSHORE-NETZINTEGRATION Bernhard Lange, Fraunhofer IWES für die vom BMU geförderten Forschungsprojekte Offshore Netzintegration und RAVE-Netzintegration

2 Inhalt Herausforderungen der Netzintegration Werkzeuge für den Netzbetrieb Das Windpark Cluster Management System (WCMS) Demonstrationsbetrieb des WCMS Netzplanung Fazit Ausblick: RAVE-Netzintegration

3 Herausforderungen der Netzintegration Steuerbar Flexible Standortwahl Wetterabhängig Ressourcenabhängige Standortwahl

4 Herausforderungen der Netzintegration Lastprofil & Windenergieeinspeisung dena- Szenario 2015 Last Last - Wind Leistung [MW] Konventionelle Erzeugung = Last Windenergie = 0!

5 Herausforderungen der Netzintegration Einbeziehung von Windenergie erfordert ein Umdenken in der Energiesystemtechnik Betrieb Leistungsausgleich Netzbetrieb Kraftwerkstechnologie Planung Standortplanung für Kraftwerke Netzplanung Beispiel Wetterentwicklung (24 h) Es werden neue Werkzeuge für Planung und Betrieb benötigt

6 Werkzeuge für den Netzbetrieb Prognosesystem Einspeiseprognose Prognose der möglichen Blindleistungsbereitstellung Steuerungssystem Erzeugungsmanagement Begrenzung des Leistungsgradienten Blindleistungssteuerung Spannungssteuerung Reserve-/Regelleistungsbereitstellung Ziel: Windkraftwerk steuern ähnlich wie konventionelle Kraftwerke

7 Werkzeuge für den Netzbetrieb Hierarchisches Kontrollsystem Kleinste Einheit: Windeinspeisung in einen Netzknoten = Cluster ÜNB Cluster Windpark Turbine

8 Werkzeuge für den Netzbetrieb Online Forecast D Power [MW] Day

9 Windpark Cluster Management System WCMS Netzbetreiber Wettervorhersage Clustervorhersage P,Q Cluster Steuerwerte P,Q Vorhersage Netzberechnung Steuerung WCMS WP Steuerwerte P,Q Messwerte WP 1 WP n

10 Windleistungsprognose Wetterprognosen für die Standorte von rep. Windparks Windleistungsprognosen für die repräsentativen Windparks Clusterprognose Wirk-/Blindleistung Leistungsprognose mit künstlichen neuronalen Netzen Windleistungsprognose Online Forecast D+1 Forecast 4H Forecast 2H 8000 Power [MW] 6000 Numerisches Wettermodell Day

11 Windpark Cluster Steuerung Steuerbefehle Windpark Cluster Monitoring Wirkleistung Blindleistung

12 Demonstrationsbetrieb Wechold 110 kv Netz 220 kv Netz Umspannwerk Wechold 380 kv Netz Windpark Mainsche/ Pennigsehl: 33 WEA / 60,4 MW Cluster Wechold 16 Windparks ca. 250 MW

13 Demonstrationsbetrieb Wechold: Wirkleistungssteuerung substation UW Wechold Power [MW] Wirkleistungssteuerung Limitation of wind power feed-in Windpark wind farm :45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 13

14 Demonstrationsbetrieb Wechold: Spannungssteuerung Steuerung von cos ϕ am Windpark Phase angle at PCC Wechold: Voltage 220kV , ,6 233,4 φwp φpcc [ ] U 220kv [kv] 233, , ,6-15 Source: Enercon 232,4 232, t [min] t [min] Source: Enercon führt zu Spannungsänderung von 1,2 kv am UW Wechold (220 kv)

15 Demonstrationsbetrieb Bertikov 8 Windparks, 240 MW 110 kv Einspeisenetz Direkter Anschluss an 380 kv Übertragungsnetz Windpark-Leitwarte zur Steuerung

16 Demonstrationsbetrieb Bertikov: Wirkleistungssteuerung

17 Demonstrationsbetrieb Bertikov: cos-ϕ-steuerung

18 Herausforderungen der Offshore Netzintegration Einbeziehung von Windenergie erfordert ein Umdenken in der Energiesystemtechnik Betrieb Leistungsausgleich Netzbetrieb Kraftwerkstechnologie Planung Standortplanung für Kraftwerke Netzplanung Beispiel Wetterentwicklung (24 h) Es werden neue Werkzeuge für Planung und Betrieb benötigt

19 Netzplanung: Offshore-Einspeisenetz Untersuchung verschiedener Topologie-Varianten (Einzelanbindung, Clusterung, Querverbindungen) Vergleich verschiedenen Übertragungstechnologien und Spannungsebenen Ergebnis: Offshoreanbindung in Clustern mit Querverbindungen Bessere und flexibelere Verteilung der Einspeisung Kostengünstigste Variante Optimierte Blindleistungskompensation

20 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 VE Transmission VE Transmission Vierraden 530 MW Krajnik Vierraden 770 MW Krajnik Helmstedt 360 MW Wolmirstedt Helmstedt 1890 MW Wolmirstedt E.ON Netz MW PSE-O E.ON Netz MW PSE-O Mecklar 400 MW Eisenach Vieselbach 550 MW Hagenwerder Mikulowa Mecklar 1430 MW Eisenach Vieselbach 690 MW Hagenwerder Mikulowa Remptendorf 2240 MW Röhrsdorf 440 MW Remptendorf 3220 MW Röhrsdorf 900 MW Redwitz Hradec Redwitz Hradec CEPS CEPS

21 Fazit Große Herausforderungen für den Netzbetrieb und Netzplanung Neue Werkzeuge zur Steuerung des Windkraftwerks Windpark Cluster Management System (WCMS) Steuerung bezogen auf die Netztopologie, d.h. Windpark-Cluster Prognose von Wirk- und Blindleistung Es müssen verschiedene Betriebsführungsstrategien (Engpassmanagement, Spannungssteuerung, ) realisierbar sein Demonstration des Konzeptes im Testbetrieb Netzplanung für Offshore-Einspeisenetz: Cluster mit Querverbindungen Netzplanung an Land: Kuppelstellen zwischen ÜNB ausbauen

22 RAVE-Netzintegration Ziel: Entwicklung von Konzepten und Werzeugen zur Netzintegration von Offshore-Windenergie am Beispiel alpha ventus Quelle: Doti GmbH Errichtung von 12x5MW WEAs in 2009 Quelle: Doti GmbH Herzstück von alpha ventus : Quelle: DEWI GmbH Offshore-Umspannwerk FINO 1 liefert langjährige Zeitreihen

23 RAVE-Netzintegration Verbesserung der Windleistungsprognosen: Ensemble-Vorhersagen machen die Unsicherheiten vorhersagbar Windgeschwindigkeit 50 Einzelvorhersagen Häufigkeit 90% gesicherte Einspeisung Eingetretene Windleistung Anfangszustand Vorhersagezeit Vorhersage Quelle: Europäischer Wetterdienst (ECMWF), R. Hagedorn Prognostizierte Windleistung 1GW Kontakt: Fraunhofer Dr. IWES Lueder von Bremen

24 RAVE-Netzintegration Offshore Wind Farm Cluster Management System (WCMS): Weiterentwicklung und Demonstration bei alpha ventus Wind turbines Wind Farms WF Clusters Quelle: REpower

25 Vielen Dank für ihr Interesse! Bernhard Lange