Auswirkungen des Ausbaus Erneuerbarer Energieerzeugung auf die Stabilität des Stromnetzes

Transkript

1 Auswirkungen des Ausbaus Erneuerbarer Energieerzeugung auf die Stabilität des Stromnetzes E. Waffenschmidt Aachen, 16.Nov. 2013

2 Der Klimawandel kommt unmerklich S.2

3 sind möglich Energiequellen Solarenergie Windenergie Wasserkraft Geothermie Biomase Zukünftiges Angebot Einsparungen Elektrische Energie Verkehr Wärme Solar-Strom Solar-Thermie Windkraft Wasserkraft Geothermie Bio-Wertstoffe Verluste El.Anwendungen Verkehr Prozess-Hitze Wärme Einsparungen Zukünftiger Bedarf Info unter: Energie / Mrd kwh S.3

4 Wachstum von kleinsten Anfängen Energie pro Jahr / TWh ? Solarenergie so weit wie Windenergie vor 10 Jahren 100% Erneuerbarer Strom in 10 Jahren? Zeit t / Jahre Quellen: BMU, DEWI und AGEB S.4

5 Speicher Lastverschiebung Ergänzung der Energieformen Regelbare Erzeugung Speicherung S.5

6 Dezentrale Speicher Quelle: G.Mester für SFV

7 Komponenten der Netzregelung Leistungsregelung Spannungshaltung Fehlermanagement Blackout S.7

8 Leistungsregelung S.8

9 Schwungmasse von Generatoren S.9

10 Frequenzregelung S.10

11 Stufen der Netzregelung Momentanreserve (Massenträgheit) Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve Stundenreserve, Börsenhandel Leistung 30s 5min 15min bis zu 60 min Zeit t S.11

12 Netzfrequenz-Messungen 40% 30% Häufigkeitsverteilung der Netzfrequenz für 2010 Normalbetrieb Häufigkeit 20% 10% 0% Netzfrequenz f / Hz 50.2 S.12

13 Netzfrequenz-Messungen Große Sprünge immer zur vollen Stunde! S.13

14 Elektronik hat keine Schwungmasse S.14

15 Frequenzregelung mit Erneuerbaren VSYNC-Projekt: Frequenzregelung mit Photovoltaik- Wechselrichtern Virtueller Synchrongenerator Wechselrichter verhält sich wie Synchrongenerator Enercon Windanlagen Frequenzregelung für Windanlagen Kombikraftwerk 2 Regelverbund verteilt über Deutschland S.15

16 Spannungshaltung S.16

17 Spannungshaltung Situation 2020 Problem bei langen Leitungen: Nicht so sehr Stromüberlastung sondern: Spannung wird zu niedrig! Quelle: K. Kleinekorte, Amprion, Vortrag FH-Köln, S.17

18 Blindleistung anschaulich S.18

19 Spannungshaltung Standorte der Blindleistungs- Kompensationsanlagen S.19 Quelle: Netzentwicklungsplan 2012 S.92

20 Blindleistung mit Wechselrichtern Deutsche Solarpreis 2012 an: BELECTRIC Großflächen- Photovoltaikanlage mit bildleistungsfähigem Wechselrichter Auch wenn die Sonne nicht scheint S.20

21 Fehlermanagement S.21

22 Kurzschluss Sicherheitselemente sprechen nicht an, denn Wechselrichter liefern nicht mehr als Nennstrom S.22

23 Kurzschluss Sicherheitselemente sprechen nicht an, denn Stromquellen von mehreren Seiten S.23

24 Blackout S.24

25 Smart Grid

26 Blackout Ganz Europa ist vom Blackout betroffen ganz Europa? Nein! Ein von unbeugsamen Energieaktivisten bevölkertes Dorf hört nicht auf, der Dunkelheit Widerstand zu leisten. Und es werden mehr! S.26 Bildquelle:

27 Zellulare Netze Zellen Übertragungsnetz Verteilnetz Autarke Zellen Bottom-up-Ansatz Schwarm- Regelung Stadtgebiet Verteilnetz Verteilnetz Verteilnetz S.27

28 Autarke Zelle Regelung Generation Primärregelung Speicherung Virtuelle Masse Solarenergie Windkraft Bioenergie Wasserkraft Krisenmanagement Organisation Kurzschluss Blackstartfähig Rechtlich Wirtschaftlich

29 Fazit Das zukünftige Stromnetz kann auch mit Erneuerbaren betrieben werden zuverlässiger und sicherer als heute sein S.29

30 Kontakt Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Professur Elektrische Netze Institut für Elektrische Energietechnik, Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik (F07) Betzdorferstraße 2, Raum ZO Köln, Deutschland Tel eberhard.waffenschmidt/index.html S.30