Regelung konventioneller Kraftwerke vs. Offshore Windparks

Transkript

1 Regelung konventioneller Kraftwerke vs. Offshore Windparks 1 Menschen beraten BTC zeigt Wege auf - Sie entscheiden ForWind - Vortragsreihe Regelung konventioneller Kraftwerke vs. Offshore Windparks

2 Agenda p Kurzvorstellung der BTC 2 p Regelung konventioneller Kraftwerke vs. Offshore Windparks p Regelung von Offshore Windparks p Validierung und Verifikation p Zusammenfassung / Fazit

3 BTC Business Technology Consulting AG Die BTC AG ist ein international agierendes IT-Beratungshaus für die Energiewirtschaft 3 BTC GRUPPE Gegründet im Oktober 2000 Umsatz (2009): 143,1 Mio. Mitarbeiter (2009): ca Standorte in Deutschland 4 Standorte im Ausland: Posen, Istanbul, Zürich, Tokio Branchen: Energie, Industrie, Private Dienstleister, Öffentlicher Sektor und Telekommunikation

4 Kernprozessbereiche Angebotsportfolio, Marketing und Vertrieb BTC Produkte und Lösungen BTC PRINS BTC Energy SAP IS-U SAP CRM BTC Wind Farm Center BTC Enterprise GIS BTC Geomarketing EWEBox SAP PM BTC SARIS BTC Wind Farm Center Regler BTC Gasnominierung Portallösungen Unterstützungsprozesse SAP FI/CO, SAP BI, SAP HR, SAP MM, SAP SD, Heiler Catalog Manager Technologien BTC EVU Integrationssystem, SAP NetWeaver, MS BizTalk, MS Sharepoint, BTC MDM (Mobile DataManagement), Open Text, PRINSTalk Standards und Normen u.a. EDIFact, IEC-Normen (z.b. CIM 61850), SML Kernprozessbereiche Infrastruktur, Produktion und Betrieb Energievermarktung Energiegewinnung Energielogistik Energienutzung Die Leistungen der BTC AG p Planen, Entwickeln und Betreiben von Lösungen über die komplette Prozesskette der Energiewirtschaft p Consulting Analyse und Optimierung der Geschäftsprozesse p Systemintegration Entwicklung passgenauer Lösungen und Integration in bestehende Systeme p Systemmanagement Leistungsfähiger Betrieb und Support kompletter IT-Landschaften 4 p Qualität, Flexibilität und Erfahrung p Ein ganzheitliches, auf die Zukunft gerichtetes Leistungsspektrum p Energie-Prozess-Management

5 Branchen Fertigungsindustrie Energieversorger Telekommunikation 5 Automotive Öffentliche DL Logistik Möbel Handel Konsumgüter

6 Portfolio des Life Cycles für Offshore Windparks Beratung 6 Dokument- und Kommunication Management Offshore Dashboard PLAN BUILD Offshore Windpark Virtual Power Plant System SUPPLY OPERATE Wind Farm Center - Control System Wind Farm Center - Management System

7 Portfolio des Life Cycles für Offshore Windparks BTC Wind Farm Center Wind Farm Center Kontrollzentrum Wind Farm Center Ressourcenplanung Wind Farm Center Technisches - & Ertragscontrolling 7 Überwachung und Kontrolle - Offshore Plattform - Windenergieanlagen Windparkregler zur Einhaltung der Netzanschlussregeln Logbuch Instandhaltungsmanagement Lebensakte Personalverfolgung Dokumentenarchiv Schnittstelle zu ERP-Systemen Analyse der Betriebsdaten Verfügbarkeitsberechnung Ertragsanalyse Berichtswesen für Kunden, Investoren, Behörden (BSH)

8 Agenda p Kurzvorstellung der BTC 8 p Regelenergie in Deutschland p Regelung konventioneller Kraftwerke p Regelung von Offshore Windparks p Validierung und Verifikation p Zusammenfassung / Fazit

9 Regelenergie in Deutschland - Grundlagen p Unvorhergesehene Schwankungen zwischen der Einspeisung und Entnahme des Stroms im Netz müssen kurzfristig ausgeglichen p Mit der Regelenergie kann kurzfristig Kraftwerksleistung erhöht oder gesenkt p Primärregelung p Automatischer Abruf aus regelfähigen Kraftwerken p Innerhalb von 30 Sekunden vollständig aktivierbar p Sekundärregelung p Aufruf durch Regelzonenbetreiber an regelfähigen Kraftwerken p Innerhalb von 5 Minuten vollständig aktivierbar p Pumpspeicherwerke / Gasturbinenkraftwerke p Minutenreserve / Tertiärregelung p Fernmündlicher Anweisung p Innerhalb von 15 Minuten vollständig aktivierbar p In der Regel als Fahrplanlieferung zur vollen Viertelstunde 9

10 Regelenergie in Deutschland Verteilung und Bedeutung 10

12 Regelung konventioneller Kraftwerke - Rechtsgrundlagen 12

15 Regelung konventioneller Kraftwerke - Regelungsprinzip Gleitdruckbetrieb: (vereinfachter Signalfluss) 15 Aus Adolf J Schwab: Elektroenergiesysteme. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

16 Regelung konventioneller Kraftwerke - Regelungsprinzip Festdruckbetrieb: (vereinfachter Signalfluss) 16 Aus Adolf J Schwab: Elektroenergiesysteme. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

17 Regelung konventioneller Kraftwerke - Regelungsprinzip 800 MW-Dampfturbosatz: 17 Aus Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

18 Regelung konventioneller Kraftwerke - Praxisbeispiel 18

20 Regelung von Offshore Windparks - Rechtsgrundlagen 20 EEG 2009 SDLWindV

21 Regelung von Offshore Windparks - Rechtsgrundlagen 21

22 Regelung von Offshore Windparks - Rechtsgrundlagen 22 Netzanschluss vertrag

23 Regelung von Offshore Windparks - Übersicht Leitwarte Übertragungsnetzbetreiber 23 Windpark-Cluster Anforderungen: Profilbasierte Betriebsweise unbeeinflusster Betrieb Leistungsbegrenzung energetische Plantreue konstante Leistung Bereitstellung von Regelleistung Windpark-Cluster Windpark Anforderungen: 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

24 Regelung von Offshore Windparks - Komponenten p Komponenten p Windenergieanlagen Multibrid: Synchrongenerator mit Permanentmagnet REpower: Doppelt-gespeister Asynchrongenerator Siemens: vollständig gekapselter Asynchrongenerator mit Kurzschlussläufer ohne Schleifringe p Innerparkverkabelung / Sammelschienen / Schalter / Erder p Transformator p Zentrale Regelung 24

25 Regelung von Offshore Windparks - Komponenten 25

26 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Einhaltung der Netzanschlussregeln p Wirkleistungsregelung Das Einspeisemanagement ( 11,12 EEG 2009) gibt den Leistungsfaktor am Einspeisepunkt vor und reduziert bei Bedarf die Einspeisewirkleistung des Windparks. Die Übergabe der Parameter erfolgt über eine Hardwareschnittstelle und wird durch entsprechende Fernwirktechnik in das IEC Fernwirkprotokoll umgesetzt. Der Windparkregler gibt geeignete Sollwertvorgaben an die einzelnen WEA : - Wirkleistung (P in MW) - Blindleistung (Q in kvar) alternativ - Leistungsfaktor (cos phi) 26

27 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Einhaltung der Netzanschlussregeln p Wirkleistungsregelung p Blindleistungsregelung und Spannungsüberwachung 27

28 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Einhaltung der Netzanschlussregeln p Wirkleistungsregelung p Blindleistungsregelung und Spannungsüberwachung Unterstützung verschiedener Modi - Online-Sollwertvorgabe der Blindleistung - Online-Sollwertvorgaben des Leitungsfaktors (cos phi) - Stufentabelle in Abhängigkeit der Wirkleistung 28

29 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Einhaltung der Netzanschlussregeln p Wirkleistungsregelung p Blindleistungsregelung und Spannungsüberwachung p Frequenzüberwachung 29

30 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Unterschiedliche WEA-Typen p Verschiedene Protokolle p IEC p IEC p OPC p Vollständige Integration in die Netzleittechnik p Keine zusätzliche Hardware erforderlich p Keine externen Schnittstellen p Verfügbarkeit, Redundanz und Protokollierung ist über das Netzleitsystem gewährleistet p Skalierbarkeit p 2-4 Clusterfelder resp. 12 bzw. 80 WEA 30

31 Regelung von Offshore Windparks - Funktionalität p Normale PID-Regler setzen in der Regel eine lineare Regelstrecke voraus p Regelstrecke mit Nichtlinearitäten, z.b. Blindleistungsverluste p Regler muss bei unterschiedlichen Sollwerten möglicherweise die Regelparameter verändern können, um ein gutes Regelverhalten zu erhalten 31

33 Validierung und Verifikation - Teststufen p Regelungsverhalten p Kommunikationstest (IEC Protokolle) p Integrationstest p Manuelle Tests in Operativumgebung 33

34 Validierung und Verifikation - Regelungsverhalten 34

35 Validierung und Verifikation - Integrationstest Offshore Onshore Ethernet: TCP/IP 35 LFB Uni Hannover.net Assembly BTC Prins Fernwirkserver VM Online Rechner VM LFB Prins Dialog Rechner VM MS-SQL-DB Rechner Prins-Adapter WEA-Steuerung [TMW-Stack-MMS] IEC WF-CS- Controller 30kV Netz- und Stationssteuerung Protokoll C++ DLL IEC NVP 110kV IEC NAP Testfälle: - Starkwind, Abschaltung - Umschaltung - usw. ERZMAN Vorgaben

36 Validierung und Verifikation - Integrationstest 36 Prins Regelungsverhalten Integrationstest API Testvektoren Testvektoren Testfälle: Matlab / M-Script / M-Unit Bridge ERZMAN Vorgaben

37 Validierung und Verifikation Grafik eines Beispieltestfalls 37 Windgeschwindigkeit Vorgegebene und momentane Wirkleistung am NAP Vorgegebenen und momentane Blindleistung am NAP Momentane Wirkleistung der einzelnen WEA Momentane Spannung am NAP Momentaner Leistungsfaktor cos(phi) am NAP

39 Zusammenfassung / Fazit p Konventionelle Kraftwerke p Einsatzgebiet: Bereitstellung von Regelenergie p Technische Realisierung: Ein Generator mit maximal zwei Regelkreisläufen Synchrongeneratoren mit Netzfrequenz 39 p Offshore Windparks (Stand heute) p Einsatzgebiet: Stromerzeugung aus Windenergie p Technische Realisierung: 1 - n Generatoren Unterschiedliche Generatortypen (häufig Asynchrongeneratoren) Dynamische Netztopologien (im laufenden Kraftwerksbetrieb) p Ziel p Mittelfristig muss die Offshore-Windenergie in der Lage sein, sich an der Regelenergie zu beteiligen

40 40

41 Die Standorte der BTC AG Hauptsitz: Escherweg Oldenburg Fon: + 49 (0) 441/ Fax: + 49 (0) 441/ office-ol@btc-ag.com Kurfürstendamm Berlin Fon: + 49 (0) 30/ Fax: + 49 (0) 30/ office-b@btc-ag.com Mary-Somerville-Straße Bremen Fon: +49 (0) 421/ Fax: +49 (0) 421/ office-hb@btc-ag.com Wittekindstraße Dortmund Fon: +49 (0) 231/ Fax: +49 (0) 231/ office-do@btc-ag.com Bartholomäusweg Gütersloh Fon: +49 (0) 5241/ Fax: +49 (0) 5241/ office-gt@btc-ag.com Kehrwieder Hamburg Fon: +49 (0) 40/ Fax: +49 (0) 40/ office-hh@btc-ag.com Paulaner Palais Klostergasse Leipzig Fon: +49 (0) 341/ Fax: +49 (0) 341/ office-l@btc-ag.com Wilh.-Th.-Römheld-Str Mainz Fon: + 49 (0) 6131/ Fax: + 49 (0) 6131/ office-mz@btc-ag.com Türkenstraße München Fon: +49 (0) 89/ Fax: +49 (0) 89/ office-m@btc-ag.com An der Alten Ziegelei Münster Fon: +49 (0) 251/ Fax: +49 (0) 251/ office-ms@btc-ag.com Konrad-Zuse-Straße Neckarsulm Fon: +49 (0) 7132/ Fax: +49 (0) 7132/ office-nsu@btc-ag.com 41 Bäulerstraße 20 CH-8152 Glattbrugg Fon: +41 (0) 44/ Fax: +41 (0) 44/ office-zh@btc-ag.com Ul. Małe Garbary 9 PL Poznań Fon: +48 (0) Fax: +48 (0) biuro-poz@btc-ag.com Çayıryolu Sokak 5, bay Plaza kat:6 Içerenköy, TR Istanbul Fon: +90 (216) Fax: +90 (216) office-ist@btc-ag.com Hasebe Build.11F, Sendagi, Bunkyo-Ku, Tokyo Fon: +81 (3) Fax: +81 (3) Info.OSCJapan@osc-es.de