Der zunehmende Einsatz erneuerbarer Energien in Deutschland führt zu einem neuem Konzept der Netzregelung. Auf dem Weg dorthin müssen jedoch weiterhin bestehende, konventionelle Netz-Regelsysteme verwendet werden.
Die Arbeit befasst sich mit der Frage in welcher Höhe der zusätzliche
Einsatz von Regelleistung bei unterschiedlich großen Offshore Windparks ausfällt.
Hierzu werden reale Netzkennzahlen von E.ON/Tennet sowie Messdaten der Windpark Forschungs- und Entwicklungsplattform FINO 1 in der Nordsee verwendet.
Eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Software, welche in Borland Delphi geschrieben wurde, liefert die Ergebnisse. Diese beinhalten sowohl die vorzuhaltende Regelleistung als auch die die Histogramme der eingesetzten Regelleistung sowie deren Einsatzkosten.
Juli 2009, cand. Ing. Christian Grau
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Motivation und Problemstellung
1.2 Ziel der Arbeit
1.3 Struktur der Arbeit
2. Elektrische Energieversorgung in Deutschland
2.1 UCTE Synchronverbund
2.2 Übertragungsnetzbetreiber
2.3 Verteilnetzbetreiber und Endkunde
2.4 Stromlieferant, Stromhändler
2.5 Der liberalisierte Energiemarkt
2.5.1 Das Energiewirtschaftsgesetz
2.5.2 Produkte des Energiemarktes, Handelsplätze, Portfolio-Management
2.6 Bilanzkreise, EEG Strom und Kostenwälzung
2.6.1 EEG Bilanzkreis, EEG Wälzung
2.7 Regelleistung
2.7.1 Primärregelleistung, passiver Selbstregeleffekt
2.7.2 Sekundärregelleistung
2.7.3 Minutenreserve/ Tertiärregelleistung
2.7.4 Dauerreserveleistung, Stundenreserveleistung, Windreserveleistung
2.7.5 Regelleistungsmarkt- und Bilanzausgleich
2.7.6 Präqualifikation und Rahmenvertrag für Regelleistung
2.7.5 Ursachen für Regelleistungseinsatz
2.7.6 Ermittlung der vorzuhaltenden und eingesetzten Regelleistung mit Stochastik
2.7.7 Definitionen: Erzeugung, Import, Export, Last, Regelzonensaldo, Leistungsdefizit
2.7.8 (n-1) Kriterium, UCTE Empfehlungen für die vorzuhaltende Regelleistung
2.8 Integration von Windenergie in das deutsche Stromnetz
2.8.2 Einspeisecharakteristik Offshore
2.8.4 Technische Aspekte zunehmender WEA Netzeinspeisung
3. Auswirkungen von Offshore-Windenergie auf die Regelleistung
3.1 Charakteristik der Einspeisung des „virtuellen Offshore Windparks FINO 1“
3.1.1 Datenbasis
3.1.2 Maximale Leistungsgradienten von Offshore WEA
3.2 Prognosefehler des virtuellen Offshore Windparks FINO 1
3.3 Modell zur Regelleistung- und Kostenberechnung
3.3.1 EEG Monatsbandveredelung für Offshore Windenergie
3.3.2 SRL, MRL, WRL Einsatzstrategie
3.3.3 Kosten der eingesetzten und vorzuhaltenden Regelleistung
3.4 Ermittlung der vorzuhaltenden Regelleistung
3.4.1 Zusätzlich für Offshore WEA vorzuhaltende Primärregelleistung
3.5 Modellimplementation und Ergebnisse
3.5.1 Szenario 2006 Onshore
3.5.2 Szenario 2006 „Offshore“
3.5.3 Ergebnisse der einzusetzenden Regelleistung, Kosten
4. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Quantifizierung der zusätzlich benötigten Regelleistung durch Offshore-Windenergie. Dabei werden die durch Offshore-Windenergieanlagen bedingte eingesetzte sowie vorgehaltene Regelleistung und die entsprechenden Kosten für einen Übertragungsnetzbetreiber untersucht und mittels einer Szenarienbetrachtung (Onshore vs. Offshore) analysiert.
- Technik und Marktstrukturen der deutschen elektrischen Energieversorgung
- Systematik der Regelleistungsarten (Primär-, Sekundärregelung, Minutenreserve)
- Stochastische Methoden zur Ermittlung des Regelleistungsbedarfs
- Einfluss der Offshore-Windenergie auf Leistungsgradienten und Prognosefehler
- Modellbasierte Kosten-Nutzen-Analyse der Regelleistungsbereitstellung
Auszug aus dem Buch
2.8.2 Einspeisecharakteristik Offshore
Im Offshore Bereich hingegen ist die tägliche Bandbreite der Fluktuationen eines einzelnen Windparks deutlicher ausgeprägter wie man am Tagesverlauf des „virtuellen Modell Offshore Parks FINO 1“ erkennen kann (Abb 2.8.1b). Seine Leistungsdaten wurden mit Hilfe des CEIVO Modells vom Fachgebiet NEK der Universität Paderborn ermittelt. Als Eingangsdaten dienen dabei die Wetterdaten über Windgeschwindigkeit und Windrichtung der Messstation FINO 1 in der Nordsee, etwa 45 Kilometer nördlich von Borkum (siehe auch [FinoOffshore]). CEIVO modelliert die Nachlaufströmung an jeder einzelnen WKA eines Offshore Windparks und Berücksichtigung aller vorliegenden Nachlaufströmungen. Die daraus resultierende Zeitreihe der Ausgangsdaten des Modells vom 1.3.2006 bis 28.3.2007 wird für diese Arbeit als Referenzdatenreihe für einen Offshore Windpark verwendet.
Die wesentlich ausgeprägteren Leistungsfluktuationen im Tagesverlauf gegenüber dem Onshore-Bereich (vergleiche Abb. 2.8.1a) sind zum Einem darauf zurückzuführen, dass hier ein einzelner Standort und nicht die Summe von mehreren hundert Standorten betrachtet wird. Zum Anderem sind die meteorologischen Vorraussetzungen auf See keinesfalls mit den Bedingungen an Land vergleichbar [Splett09].
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Motivation durch den Ausbau der Offshore-Windenergie und die daraus resultierende Problemstellung für die Regelleistungsbilanzierung.
2. Elektrische Energieversorgung in Deutschland: Erläutert die Grundlagen des UCTE-Verbundnetzes, die Rolle der Übertragungsnetzbetreiber, Bilanzkreise und das System der verschiedenen Regelleistungsarten.
3. Auswirkungen von Offshore-Windenergie auf die Regelleistung: Analysiert mittels eines Modells die Auswirkungen der Offshore-Einspeisung auf den Regelleistungsbedarf und die damit verbundenen Kosten.
4. Zusammenfassung: Fasst die Ergebnisse zusammen, wonach der Zusatzbedarf an Regelleistung bei größeren Offshore-Windparks überproportional anwächst.
Schlüsselwörter
Offshore-Windenergie, Regelleistung, Übertragungsnetzbetreiber, Leistungsbilanz, Sekundärregelleistung, Minutenreserve, Windprognosefehler, Strommarkt, Bilanzkreis, Netzstabilität, Leistungsschwankungen, Modellierung, Energieversorgung, Kostenberechnung, Lastmanagement
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie sich der Ausbau von Offshore-Windenergieanlagen auf die Notwendigkeit auswirkt, Regelleistung zur Stabilisierung des Stromnetzes vorzuhalten und einzusetzen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die physikalischen und regulatorischen Rahmenbedingungen des deutschen Stromnetzes, die Struktur des Regelleistungsmarktes und die mathematische Modellierung von Windenergieeinspeisung und Prognosefehlern.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Quantifizierung des zusätzlichen Bedarfs an Regelleistung für Offshore-Windenergie sowie die Bestimmung der Kosten für deren Vorhaltung und Einsatz.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein deterministischer stochastischer Ansatz gewählt, um auf Basis von Zeitreihendaten aus dem Modell "FINO 1" eine Simulation des Regelleistungseinsatzes durchzuführen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Einspeisecharakteristik von Offshore-Windparks, erläutert die stochastische Modellierung des Bedarfs und vergleicht verschiedene Szenarien der Windparkgröße hinsichtlich ihres Einflusses auf die Regelleistungskosten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Offshore-Windenergie, Regelleistung, Übertragungsnetzbetreiber, Bilanzkreise, Leistungsbilanz und Prognosegenauigkeit sind die zentralen Begriffe.
Warum stellt die Offshore-Windenergie besondere Anforderungen an die Regelleistung?
Aufgrund der deutlich höheren Nennleistung einzelner Offshore-Windparks im Vergleich zu Onshore-Anlagen und der ausgeprägteren lokalen Leistungsschwankungen entstehen höhere Anforderungen an die kurzfristige Ausregelung durch das Stromnetz.
Welche Schlussfolgerung zieht der Autor bezüglich der Windparkgröße?
Der Autor stellt fest, dass der Bedarf an zusätzlich vorzuhaltender Gesamtminutenregelleistung überproportional zur installierten Leistung eines Offshore-Windparks ansteigt.
- Citation du texte
- Christian Grau (Auteur), 2009, Auswirkungen von Offshore Windenergie auf Vorhaltung und Einsatz von Regelleistung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/189691
