Buch: Stützung von Elektrizitätsversorgungsnetzen durch Windenergieanlagen und andere erneuerbare Energien
Autor: Gunter Arnold
Kurzbeschreibung
Die Integration der bereits installierten und in den nächsten Jahren geplanten Windenergie-Leistungen in das mitteleuropäische UCTE-Verbundnetz bzw. vergleichbare Windenergie-Durchdringungsraten in anderen Verbund- oder Inselsystemen stellen erhebliche Herausforderungen für den Netzbetrieb dar. Mit zunehmenden Leistungsanteilen erneuerbarer Energien werden daher Maßnahmen zur Stabilisierung der Elektrizitätsversorgungsnetze an Bedeutung gewinnen.
In der vorliegenden Arbeit werden mögliche Verfahren sowie ein neuentwickeltes Netzregelungssystem zur Stützung von Elektrizitätsversorgungsnetzen mit Hilfe von Windenergieanlagen und anderen erneuerbaren Energien vorgestellt, das die vorhandenen anlagenspezifischen Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten moderner Windenergieanlagen und anderer Erzeugungsanlagen gezielt zur Netzstabilisierung und insbesondere zur Stützung der Netzspannung nutzt.
In der Arbeit werden zunächst der grundsätzliche Aufbau der öffentlichen Elektrizitätsversorgung und die bei konventionellen Kraftwerken eingesetzten Verfahren zur Netzregelung erläutert. Im Anschluss daran werden die für die Netzintegration und den Betrieb erneuerbarer Erzeugungsanlagen wesentlichen Richtlinien unter Berücksichtigung der aktuellen Trends vorgestellt. Ausgewählte Netz-Berechnungsverfahren, mit denen wichtige Erkenntnisse über die Höhe der Netzeinwirkungen und die netzstabilisierenden Eigenschaften des Netzregelungssystems gewonnen werden können, beispielhaft durchgeführte Netzberechnungen sowie die Besonderheiten ausgewählter erneuerbarer Erzeugungsanlagen werden ebenfalls behandelt. Einen besonderen Schwerpunkt der Arbeit bildet die umfassende Darstellung des neuentwickelten Netzregelungssystems (Grid Control Unit – GCU). Dabei werden, basierend auf theoretischen Vorarbeiten, zunächst die grundlegenden Anforderungen definiert und der prinzipielle Aufbau des Netzregelungssystems aufgezeigt. Eine detaillierte Beschreibung der gewählten technischen Lösungen für die Hard- und Softwarekomponenten des Netzregelungsystems (GCU) rundet das Kapitel ab.
Die mehrjährigen praktischen Betriebserfahrungen mit einem Prototyp des Netzregelungssystems werden abschließend eingehend beschrieben. Mit Hilfe der dabei gesammelten Meßdaten wurden wichtige Erkenntnisse über die netzstützenden Eigenschaften der erneuerbaren Erzeugungsanlagen und das Betriebsverhalten des untersuchten Netzbereichs gewonnen. Darüber hinaus konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass das neuentwickelte Netzregelungssystem (GCU) in Verbindung mit Windenergieanlagen oder BHKW-Anlagen heute üblicher Leistungen es ermöglicht, die Netzspannung in regional begrenzten Netzbereichen gezielt zu beeinflussen, sodass Spannungsgrenzwerte besser eingehalten bzw. vorhandene Netzkapazitäten bei der Einspeisung erneuerbarer Erzeugungsanlagen höher ausgenutzt werden können.