Forschungs-Projekte

Unter Leitung des Fraunhofer IEE (früher ISET) haben sich der deutsche Windenergieanlagenhersteller ENERCON, die beiden großen Übertragungsnetzbetreiber E.ON und Vattenfall Europe, die Universität Kassel und der Deutsche Wetterdienst zusammengefunden, um die anstehenden technischen Probleme bei der Einbindung von den großen Offshore- Windparks in die elektrische Energieversorgung zu untersuchen.

Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist die Gewinnung von Erkenntnissen zur Integration großer Offshore-Windparks in die elektrische Energieversorgung und somit die Steigerung des energiewirtschaftlichen Nutzens der Windenergie. Die Umsetzung soll durch die Erarbeitung von Strategien, Methoden und Konzepten sowie durch die Entwicklung und Implementierung von Hard- und Softwarekomponenten zur Optimierung der Netzauslastung und Netzsicherheit erfolgen. Mit dem Test dieser Komponenten soll gezeigt werden, wie durch fortschrittliche Betriebsführungskonzepte und Informationstechnologien auch größere Windleistungen in Versorgungssysteme integriert werden können. Dabei sind sowohl die bestehenden als auch die zukünftig zu erwartenden Windenergiekapazitäten an Land und offshore zu berücksichtigen.

Hintergrund

Im Windjahr 2004 erzeugten in Deutschland rund 16.300 Windenergieanlagen (WEA) mit einer Leistung von insgesamt 16.400 MW etwa 26 Mrd. Kilowattstunden elektrische Energie. Damit trug die Windenergie rund 5,5% zur elektrischen Energieversorgung bei. Die aus Wind erzeugte elektrische Leistung deckt bereits heute in windreichen Bundesländern zeitweilig die gesamte Netzlast.

Die aus Wind erzeugte elektrische Leistung deckt bereits heute in einigen Netzbereichen zeitweilig die gesamte Netzlast. So müssen in Schwachlastzeiten bei gleichzeitig hohen Windgeschwindigkeiten Windleistungen aus den deutschen Küstengebieten mit Hilfe des Übertragungsnetzes in andere Regionen transportiert werden.

Durch die Zusammenfassung mehrerergroßer Offshore-Windparks sowie weiterer verteilter Windanlagengruppen zu einem Windpark Cluster erschließen sich neue Möglichkeiten zur optimierten Einbindungdargebotsabhängiger Erzeugung in elektrische Versorgungssysteme. Das am Fraunhofer IEE entwickelte Windpark-Cluster-ManagementSystem (WPCMS) hat die Aufgabe, die geografisch verteilten Windparks zum Zwecke einer optimalen Netzbetriebsführung und der Minimierung des Reserve- und Regelleistungsbedarfs zusammenzufassen und als einzelnes Großkraftwerk abzubilden und zusteuern.

Gemäß der Strategie der Bundesregierung zur Windenergienutzung auf See könnten auf den aus heutiger Sicht voraussichtlich verfügbaren Flächen in der Startphase bis 2006 insgesamt mindestens 500 MW und mittelfristig, bis 2010, 3.000 MW Leistung zur Windenergienutzung auf See erreicht werden. Langfristig, d.h. bis 2025 bzw. 2030, sind bei Erreichen der Wirtschaftlichkeit etwa 20.000 bis 25.000 MW installierter Leistung möglich. Diese großen, dargebotsabhängigen Einspeisungen aus Windenergie haben wachsenden Einfluss auf die Auslastung und Sicherheit der Netze, die Fahrweise der sonstigen Kraftwerke, den zunehmenden Stromhandel und auf die Wirtschaftlichkeit des gesamten deutschen Versorgungssystems. Es ist bereits heute absehbar, dass sowohl mit technischen, wie auch regulativen Maßnahmen auf diese Anforderungen reagiert werden muss.

Umsetzung

In der ersten Projektphase »Strategien und Analysen« wurden die für die optimale Integrationin Bezug auf Netzanbindung, Netzbetriebsführungund Reservevorhaltung erforderlichen Betriebsführungsstrategien von Windparks und Windpark Clustern festgelegt. Das in der zweiten Projektphase »Konzepterstellung« entwickelte Systemkonzeptfür das WPCMS wurde im laufenden Jahrin Hard- und Software implementiert. DiePhase »Systemerstellung und Verifikation« wird somit Ende des Jahres voraussichtlich abgeschlossen sein.

Die nun anstehende Phase »Pilotanlagenund Monitoring« dient der Erprobung der Komponenten im realen Einsatz. Mit demzunächst an Onshore-Windparks durchzuführendenTest soll gezeigt werden, wie durch fortschrittliche Betriebsführungskonzepte auch größere Windleistungen in Versorgungssysteme integriert werden können. Die Auswertung der Test- und Betriebsphase bezüglich der Auswirkungen auf die Netzbetriebsführung, die Reserve- und Risikostrategien und dem Stromaustausch sind Inhaltder Abschlussphase »Auswertung undHochrechnung«.

Über einen Zeitraum von vier Jahren sollen dazu Konzepte und Strategien sowie die dazu benötigte Betriebsführung und zugehörige Hard- und Softwarekomponenten entwickelt und verifiziert werden. Das Gesamtprojekt ist in fünf Phasen unterteilt:

• Strategien und Analysen: Erfassung, Aufbereitung und Bereitstellung der für die Analysen benötigten Daten, sowie die erforderlichen Durchführung von Simulationsrechnungen
• Konzepterstellung: Erarbeitung von Strategien, Methoden und Konzepten zur Optimierung der Netzauslastung und Netzsicherheit, dem Fahrplanmanagement und der Reservehaltung bei der Integration hoher Windleistungen
• Systemerstellung und Verifikation:  Entwicklung bzw. Anpassung benötigter Hard- und Softwarekomponenten und deren Verknüpfung zu einem Gesamtsystem
• Pilotanlagen und Monitoring: Erprobung und Verifizierung der Komponenten im realen Einsatz zunächst an Onshore- und später an Offshore-Windparks
• Auswertung und Hochrechnung: Auswertung der Test- und Betriebsphasen der einzelnen Komponenten sowie des Gesamtsystems bezüglich der Auswirkungen auf die Netzbetriebsführung, die Reserve- und Risikostrategien und dem Stromaustausch