In unserem
Stromnetz muss immer genau gleich viel Leistung eingespeist werden, wie in
dem Moment auch verbraucht wird. Wenn das einmal kurzfristig nicht der Fall
ist, drehen die Generatoren in den Kraftwerken etwas langsamer (wenn sie stärker
belastet werden) oder schneller (wenn weniger Energie benötigt wird).
Damit ändert sich die Netzfrequenz entsprechend. Das ist ähnlich
wie bei einem Tandem oder einem Bierbike (wie das Bild nebenan): Alle treten
gleich schnell, aber unterschiedlich stark, und wenn es bergaufgeht, werden
alle gemeinsam etwa langsamer.
Was wird aber passieren, wenn über kurz oder lang die großen Karftwerke mit ihren Generatoren durch viele kleine dezentrale Einspeiser von Erneuerbaren Energien ersetzt werden? Die allermeisten speisen über elektronische Wechselrichter ins Netz und die haben keine Schwungmasse, die im ersten Moment die Energie liefert wie die großen Generatoren.
Wird dieser Sachverhalt der nächste "Roadblocker" auf dem Weg zu 100% Erneuerbaren Energien? Heißt es in Kürze: Wir können die Kohlekraftwerke nicht abschalten, weil wir die Schwungmasse der Generatoren für die Netzregelung brauchen?
Das wäre nicht notwendig. Moderne Wechselrichter können durch geringe Veränderungen in die Lage versetzt werden, eine solche "virtuelle" Schwungmasse zu erzeugen. Windanlagen können sogar die Schwungmasse der Windrotoren ausnutzen, wenn der Wechselrichter entsprechend ausgerüstet ist.
Dieser Tag ist übrigens gar nicht mehr weit entfernt. Im Gegenteil: Es sind inzwischen soviel Wind- und Photvoltaik-Anlagen installiert, dass sie bei einem sonningen, windigen Feiertag für wenige Stunden mehr Leistung liefern könnten als verbraucht werden könnte. Muttertag 2014 war so ein Tag, an dem Mittags Wind und Sonne rund 73% des deutschen Strombedarfs deckten. Möglicherweise wäre sogar 100% drin gewesen, aber das kann ich bisher nicht nachweisen. Viele konventionelle Kraftwerke liefen (wenn auch gedrosselt) weiter und der Export war auf hohem Niveau.
Beiträge zum Thema von mir und meinen Studierenden
Lea Kern,"Integration of private electric vehicles into the balancing power market in the case of Germany",
Masterthesis TH-Köln, supervised by Itxaso Aranzabal and Iraide Lopez at Universidad del Pais Vasco, Bilbao, Spain, 27.2.2023
René Korn,
"Ladestrategie für primärleistungsfähige Batterien",
Bachelorarbeit TH-Köln, 9.Apr.2021.
Eberhard Waffenschmidt, Andre Kores, Desiree Fuhs, Lee Chi Kwan, Liu Heng,
"Netzregelung
mit LED-Lampen",
Zukünftige Stromnetze, Berlin, 30.-31.Jan.2019.
Tom Rüther,
"Stabilitätsuntersuchungen
von elektrischen Microgrids mit mehreren dezentralen Erzeugern",
Bachelorarbeit TH-Köln, extern angefertigt, 17.Sept.2018.
Eberhard Waffenschmidt, Andre Kores, Desiree Fuhs, Lee Chi Kwan, Liu Heng,
"Grid
control with LED lamps",
7th International Energy and Sustainability Conference 2018 (IESC
2018), Cologne, 17.-18. May 2018
Marcello Schifani, Eberhard Waffenschmidt, Reza Iravani,
"Supervisory
Control of Microgrids in Grid-Connected and Islanding Mode – Investigations
Using a Real-Time Digital Simulation Platform",
6th International Energy & Sustainability Conference (IESC 2017), 19.-20.Oct.2017,
Farmingdale, New York, USA.
Kommentar: Verkürzte Veröffentlichung der Masterarbeit von
M. Schiffani. Beschreibt eine Regelstruktur mit Master und lokaler Regelung
für dezentrale Einspeiser. Untersuchung der Regeleigenschaften beim Übergang
in den Inselbetrieb eines Netzes und beim Re-Synchronisieren.
Marcello Schifani,
"Supervisory
Control Analysis of AC- and DC-Microgrids in a Real-Time Digital Simulation
Platform",
Master Thesis, TH-Köln, perfomed at University of Toronto, Canada, 14.Jun.2017
Kommentar: Beschreibt eine Regelstruktur mit Master und lokaler Regelung
für dezentrale Einspeiser. Untersuchung der Regeleigenschaften beim Übergang
in den Inselbetrieb eines Netzes und beim Re-Synchronisieren.
Eberhard Waffenschmidt,
"Degrees
of freedom for primary control with batteries",
11th International Renewable Energy Storage (IRES
2017), 14.-16.Mar.2017, Düsseldorf, Germany
Kommentar: Batterien mit Primärregelung können schnell die
Grenzen des Ladezustands erreichen. Die Nutzung von Freiheitsgraden im Betrieb
vermindert den Effekt.
Eberhard Waffenschmidt,
"Netzregelung
mit LED-Lampentreibern für zukünftige Stromnetze ohne rotierende
Massen",
4. Otti-Konferenz "Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare
Energien", Berlin, 31.1 -1.2.2017
Kommentar: Momentanregelung mit LED-Treiber durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren
im Netzteil. Fokus auf Umsetzung und erste Messergebnisse.
Eberhard Waffenschmidt,
"Leistungselektronik
ersetzt rotierende Massen im Stromnetz der Zukunft - Virtuelle Schwungmasse",
Elektronik Power, Okt. 2016, S.16
Kommentar: Ausführlicher Artikel zur Momentanregelung mit LED-Treiber
durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren im Netzteil. Einleitung populärwissenschaftlich
formuliert.
Eberhard Waffenschmidt, Ron S.Y. Hui,
“Virtual
inertia with PV inverters using DC-link capacitors”,
EPE'16 ECCE Europe - 18th European Conference on Power Electronics and Applications,
5.-9. Sep. 2016, Karlsruhe, Germany
Eberhard Waffenschmidt,
“Virtual
inertia grid control with LED lamp driver”,
5th International Energy and Sustainability Conference 2016 (IESC 2016), Cologne,
Germany, 30. Jun. – 1. Jul. 2016
Kommentar: Momentanregelung mit LED-Treiber durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren
im Netzteil.
Eberhard Waffenschmidt,
"Primary
control with batteries",
5th International Energy and Sustainability Conference 2016 (IESC 2016), Cologne,
Germany, 30. Jun. – 1. Jul. 2016
Nora Kovacs,
"Momentanregelung
mit Licht emittierden Dioden (LED) Lampentreibern",
Masterarbeit an der TH-Köln, 23. Mai 2016.
Kommentar: Momentanregelung mit Lasten durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren
im Netzteil.
Eberhard Waffenschmidt
"Decentralized
grid control",
International Renewable Energy Conference (IRENEC 2016), 26.-28.May 2016,
Istanbul, Turkey.
Kommentar: Probleme bei Momentanregelung mit PV-Wechslerichtern und
Primärregelung mit Batterien
Eberhard.Waffenschmidt,
"Momentan-Regelung
mit Photovoltaik-Wechselrichtern",
Otti-Konferenz "Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien",
Berlin, 26.-27. Jan. 2016
Kommentar: Nutzen der Zwischenkreiskondensatoren von PV-Wechselrichtern
für Momentanregelung, Energie- und Leistungs-Anforderungen, Belastung
im Alltag.
Christian Kalbfuß,
"Regelenergiebereitstellung
durch Windkraftanlagen im Poolverbund mit Biogas-BHKWs",
Masterarbeit an der TH-Köln, durchgeführt bei CLENS - Clean Energy
Sourcing, 1.Okt. 2015.
Kommentar: Beschreibt Möglichkeiten der Bereitstellung von Minutenreserve
durch Windkraftanlagen im Poolverbund mit Biogas-Blockheizkraftwerken.
Eberhard Waffenschmidt,
"Momentanreserve
durch PV-Anlagen",
Vortrag bei ECPE Cluster-Seminar "Netzbetrieb bei hohem Anteil an Leistungselektronik",
Würzburg, 8. – 9. Juli 2015.
Kommentar: Wechselrichter könnten mit ihren vorhandenen Zwischenkreiskondensatoren
bei der Momentanreserve rotierenden Massen ersetzen.
Daniel Wagner,
"Grid
control via power converter - Part Windpower",
Masterprojekt an der TH-Köln, Okt. 2014
Markus Korbmacher,
"Grid
control via power converter - Part PV",
Masterprojekt an der TH-Köln, Okt. 2014
Jakob Bähr,
"Business
models for battery storages - Primary frequency control market",
Masterprojekt an der Fachhochschule Köln, Okt. 2014.
Kommentar: Diese Arbeit zeigt die Möglichkeiten auf, mit Batteriespeichern
am Regelenergiemarkt Geld zu erwirtschaften.
Eberhard Waffenschmidt,
"Auswirkungen
des Ausbaus Erneuerbarer Energieerzeugung auf die Stabilität des Stromnetzes",
Presentation at "Ein stabiles Stromnetz mit 100% erneuerbaren Energien
- Herausforderungen und Lösungsstrategien", Tagung der Bischöflichen Akademie,
Aachen, 16.-17. Nov. 2013.
Kommentar: Ein Übersichtsvortrag über die Problematik und
Lösungsvorschläge zur Netzregelung mit Erneuerbaren Energien.
Literatur zum Thema
V-Sync - Projekt
Gefördertes EU-Projekt, das die Darstellung einer virtuelle Masse von
PV-Wechselrichtern zum Ziel hatte
Kombikraftwerk II
Fortsetzung des Projektes Kombikraftwerk, jetzt mit Schwerpunkt Netzregelung
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Letzte Änderung: E. Waffenschmidt, 20.Mar.2023 |