„Drosseln, abregeln.“ Das ist meist die schnellste Antwort, wenn es darum geht den Strompreis durch Brennstoffkosten auf einem konstant hohen Niveau zu halten. Tatsächlich verursachen Flanken im Verbrauch und in der Erzeugung einiges an Herausforderungen, die in der Netzfrequenz ablesbar und über die Regelenergie gelöst werden müssen. Bereits im Kombikraftwerk 2.0 hatte man damals versucht, weite Teile der Stromerzeugung aus Erneuerbaren eine Systemdienlichkeit zuzuordnen. Eine Untersuchung in den USA geht einen deutlichen Schritt weiter und zeigt, wie Windkraft als Ersatz für extrem kostspielige thermische/rotierende Masse dienen kann.

Das Fazit:

„Wind Energy, Making The Grid Stronger and Cheaper“

 

Wind energy can not only support the grid by ramping power output up and down to enhance system reliability, but that using wind farms to provide active power control is economically beneficial, all with negligible damage to the turbines themselves. (Quelle)

Sowohl im Labor, als auch in der Praxis wurden mehr als 1000 Windkraftanlagen untersucht auf ihre Möglichkeit die Netzfrequenz zu stabilisieren. Hierzu  muss man zunächst einen wichtigen physikalischen Punkt verstehen: Windkraftanlagen besitzen zwar eine große rotierende Masse, jedoch dreht diese sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit, die über eine mechanische Übersetzung auf 50 Hz gebracht werden könnte. In den Anlagen wird zunächst Gleichstrom erzeugt, der dann mittels eines Wechselrichters die Energie auf die im Netz vorhandene Frequenz „aufmoduliert“.

In einem thermischen Kraftwerk dreht der Generator hingegen simultan mit der Netzfrequenz. Eine Änderung der Energiemenge verursacht einen höheren Widerstand und damit einen Rückgang der Frequenz. Diese direkte Kopplung zwischen Energiefluss/Widerstand/Umdrehungsgeschwindigkeit sah man lange als alternativlos an.

Den Vorteil, den die Forscher in den USA genutzt haben, ist die Programmierbarkeit vieler Parameter eines Wechselrichters. Dadurch ist das System ausgelegt auf eine Quasi-Nachbildung der physikalischen Eigenschaften eines thermischen Kraftwerkes. Da der Aufwand für eine Programmierung allerdings keine Veränderung der Infrastruktur mit sich bringt, ist es sehr kostensparend. Ein weiterer Vorteil ist, dass dies auch nachträglich durchgeführt werden kann.

These are potentially game-changing findings. “The study’s key takeaway is that wind energy can act in an equal or superior manner to conventional generation when providing active power control, supporting the system frequency response, and improving reliability,” said Erik Ela, NREL analyst.

Damit auch positive Regelenergie von den Windrädern angeboten werden kann, ist allerdings ihre Leistung im Regelbetrieb leicht zu reduzieren. Bei thermischen Kraftwerken zur Primärregelleistung (PRL) wird mit maximal 2% gearbeitet – bei Windkraftanlagen kann dieser Wert ebenso angesetzt werden.

In Europa/Deutschland verhindert das Marktdesign für Regelenergie, dass ein solches Angebot überhaupt umgesetzt werden kann. In den Qualifikationsbedinungen werden feste Mengen ausgeschrieben, die von den Anbietern in einem Zeitraum bereitgestellt werden müssen. Ein alternatives Design für die Regelenergie hätte man bereits vor einigen Jahren einführen müssen, als zum Beispiel bei Photovoltaik die Einspeisebegrenzung festgelegt wurde. Regulatorisch hätten Anlagen mit optimiertem Wechselrichter (sowohl Wind als auch PV) auf 98% begrenzt werden müssen, wobei über ein Gradient die 2% als positive Regelleistung eingesetzt wird und keine Vergütung erfolgt.

(Beitragsbild: LoggaWiggler @ Pixabay)

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