Stetiger Strom aus Windkraft mit möglichst wenigen Flauten. Erst am letzten April Dienstag konnten wir erleben, wie es zu deutlich geringerer Einspeisung als üblich kam. Andere Kraftwerkstypen sind eingesprungen und dank der guten Prognosequalität stellte dies auch kein Problem für die Stromversorgung da.

Dennoch, der Wunsch bleibt: Wie verhindert man einen fast vollständigen Zusammenbruch der Erzeugung von Strom aus Windkraft?

Für den kostspieligen  Ausbau der Netze wird Offshore Wind als einzige Lösung angesehen. Die Theorie: Auf dem Meer gibt es fast keine Flaute. Auf einer großen räumlichen Ausdehnung gibt es allerdings auch fast keine Flaute.

Dank Tennet TSO kann man die Stetigkeit von Onshore und Offshore Strom miteinander vergleichen.

Tennet TSO ist einer der vier in Deutschland tätigen Übertragungsnetzbetreiber. Das durch das Unternehmen betreute Gebiet erstreckt sich von der Nordsee bis an die Alpen.  Im Zuge der Transparenz werden durch Tennet TSO die Einspeisung aus Windkraft im Gebiet veröffentlicht, getrennt nach Offshore und Onshore. Ideale Datenbasis für ein Vergleich der Volatilität aus Onshore (mit räumlicher Verteilung) und Offshore.

Als Datenbasis soll der April 2014 dienen, die auf der verlinkten Webseite heruntergeladen und in Excel importiert werden können. Zunächst sollte die Bandbreite der Werte ermittelt werden. Bei Excel gibt es hierfür die Min() und Max() Funktion:

Einheit: MW  Onshore Offshore
Min() 34 0
Max() 10152 158

Es wird deutlich, dass die Größenordnungen nicht miteinander vergleichbar sind, da deutlich mehr Onshore Windparks am Netz sind, als Offshore.

Der nächste Schritt ist die Ermittlung der mittleren Einspeisung (Durchschnitt). Hierzu werden alle Werte zusammenaddiert und im Anschluss durch die Anzahl der Einträge geteilt.

Einheit: MW Onshore Offshore
Mitttelwert() 2208 68

Im Vergleich zu den Min/Max-Werten der ersten Berechnung erkennt man, dass Onshore Wind im Mittel eher weniger erzeugt (=näher am Minimum) als Offhore Wind (näher am Maximum).

Durch Einführung eines Faktors lassen sich diese beiden Werte miteinander vergleichen. Standardisiert lautet diese Formel dann Mittelwert()/(Max()-Min())

Einheit: Prozent Onshore Offshore
Mitttelwert()/(Max()-Min()) 22% 43%

Zu interpretieren ist dieser Wert als: Onshore Wind erzeugt im Mittel 22% des Maximalwertes – Offshore 43%.

Diese Berechnung ergibt allerdings keine Aussage darüber, wie die Verteilung liegt. Schwankt die Erzeugung stark zwischen den Extrema – oder bewegt sie sich um den Mittelwert?

Die sogenannte Standardabweichung (vergl. Wikipedia) gibt Auskunft über die Abweichung vom Mittelwert, in dem sich rund 2/3 der Beobachtungswerte befinden. In Excel lautet diese Funktion STABW().

Einheit: MW,Prozent Onshore Offshore
STABW 2238 58
STABW/(Max()-Min()) 22 % 37%

Auch hier wieder die Interpretation: Bei einer räumlichen Verteilung der Onshore Erzeugung, wie sie im Gebiet der Tennet TSO gegeben ist, liegen 2/3 der Messungen in einem Bereich von +/- 22% um den Mittelwert von 2208 MW.  Bei der Offshore Einspeisung liegen 2/3 der Messungen in einem Bereich von +/- 37% um den Mittelwert von 68 MW.

Da die Anzahl der Messungen gleich ist (2884 für April 2014), kann man davon ausgehen, dass die Stromerzeugung von Wind an Land, bei einer räumlichen Verteilung – ein insgesamt stetiger, weniger volatil, weniger schwankend, ist.

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3 Gedanken zu “Immer Strom durch Windkraft – Offshore oder räumliche Verteilung?

  1. Soweit mir bekannt ist, sind bisher lediglich vier Offshore-Windparks in Betrieb, drei davon in der Nordsee und alle sehr weit westlich, der vierte in der Ostsee. Ich würde jetzt davon ausgehen, dass in den Offshore Daten von Tennet TSO der Park in der Ostsee fehlt, weil er im Netzgebiet von 50Hertz sein müsste. Zudem ist nur eine sehr geringe räumliche Verteilung bei den anderen drei Offshore-Parks gegeben, sie (Alpha Ventus, Riffgat, Bard I) befinden sich alle west- bis nordwestlich der Insel Borkum.
    Um es nochmal herauszustreichen, die Schwankungsbreite des Windes _an mehr oder weniger einer Stelle_ im Meer wird mit der Schwankungsbreite con landgestützten Anlagen die über ~1000 km von Nord nach Süd verteilt sind verglichen.

    Wie aber die Schwankungsbreite bei Offshore-WEA, die entlang ~500 km von Ost nach West verteilt werden, aussehen würde, kann man mit den Daten von Tennet alleine nicht ermittlen.

    Interessant wäre es, wenn man von 50Hertz Offshore-Einspeisedaten hätte und diese mit denen von Tennet korrelieren könnte. Wäre sehr interessant zu erfahren, wie sich Mittelwert und vor allem Standardabweichung dann -also mit räumlicher Verteilung- verändern würden.

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  2. Ich bin zwar kein Mathematiker, aber dennoch ein paar Anmerkungen/Fragen:

    1) Es sollte zunächst einmal die maximale Leistung mit der installierten Leistung verglichen werden.

    Im ideal unkorrelierten Fall würde ich als Maximalwert der beobachteten Leistung das Produkt aus (installierter Leistung)* (Kapazitätsfaktor der WKAs) erwarten. Dieses wäre auch gleich der Durchschnitt.

    Da der Kapazitätsfaktor der WKAs sehr unterschiedlich ist (Offshore 50%, on-shore mit neuen Anlagen ca. 25%), würde ich auch im ideal unkorrelierten Fall einen höheren Maximalwert der eingespeisten Leistung bei Offshore-WKAs erwarten.

    (Im Falle der ideal korrelierten Produktion wäre beobachtete Maximalleistung gleich der installierten Leistung. Durchschnittswert wäre Maximalleistung mal Kapazitätsfaktor.)

    Ist es wirklich sinnvoll, die Diskussion nur mit den beobachteten Leistungen ohne Bezug auf installierte Leistung zu führen?

    2) Dumme Frage: Könnte es sein, dass der unterschiedliche Durchschnittswert (22% vs ~40% ) einfach den unterschiedlichen Kapazitätsfaktor der WKAs im April darstellen, also das Ergebnis trivial ist? :-)

    Die Gesamtheit der Onshore-WKAs, deren klarer Schwerpunkt im Norden ist, zeigen laut Windmonitor „nur“ 75% der installierten Leistung als Maximalwert der eingespeisten Leistung, wie ist der entsprechende Wert für den betrachteten Nord-Süd-Streifen? Ich erwarte einen kleineren Wert.

    Offshore-WKAs zeigen deutlich höheren Maximalwert (>90%), da die Windparks stark korreliert produzieren.

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  3. Je größer die räumliche Verteilung, desto geringer die Schwankungen, das ist einleuchtend. Würde man das Szenario Onshore nicht mit dem Szenario Offshore, sondern mit dem Szenario Onshore+Offshore Vergleichen, würde man wahrscheinlich feststellen, dass beim Szenario Onshore+Offshore die Schwankungen und die Standardabweichung noch geringer sind. Schließlich ist die Fläche von Deutschland kleiner als die Fläche Deutschland+Nordsee.

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