Regelleistung durch Wind- und Photovoltaikparks  /  1.8.2014  -  31.12.2016

ReWP

Auftraggeber BMWi
Förderer im Rahmen der Förderinitiative »Zukunftsfähige Stromnetze«
Laufzeit 01.08.2014 - 31.12.2016
Bearbeiter Reinhard Mackensen (Projektleiter), Yves-Marie Saint-Drenan, Rafael Fritz, Scott Otterson, Dominik Jost, Martin Widdel, Julian Firges, Nazgul Asanalieva
Projektpartner Enerparc AG, ENERCON GmbH, 50Hertz Transmission GmbH, Amprion GmbH, TenneT TSO GmbH, in.power GmbH, Energiequelle GmbH und VGB PowerTech e.V.

 

Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere der fluktuierenden Erzeuger, ergeben sich zwei Herausforderungen in Bezug auf Regelleistungsfragestellungen. Zum einen ist ein Anstieg des Bedarfs an Regelleistung aufgrund des mit dem Ausbau der Windenergie und Photovoltaik zunehmenden Prognosefehlers zu erwarten. Zum anderen, reduziert sich zukünftig die Anzahl der konventionellen Kraftwerke, die bisher größtenteils Regelleistung bereitgestellt haben. Daher müssen fluktuierende Energierzeuger wie Wind- und Photovoltaikparks Systemdienliche Leistungen wie Regelleistung bereitstellen. Derzeit stellen Wind- und Photovoltaikparks in Deutschland noch keine Regelleistung bereit.

In den vom BMU geförderten Projekten Kombikraftwerk 2 und Regelenergie durch Windkraftanlagen wurde bereits an der Regelleistungsbereitstellung durch Wind- und Photovoltaikparks gearbeitet. Hierzu wurden Werkzeuge und Verfahren entwickelt, wie z.B. das neue Nachweisverfahren mögliche Einspeisung, das auch im Rahmen eines Feldtests demonstriert wurde. Die im Rahmen dieser Projekte entwickelten Verfahren und Werkzeuge hatten jedoch zwei Nachteile. Zum einen erfüllten sie nicht alle Anforderungen und zum anderen orientierten sie sich größtenteils an den bestehenden Regelungen, da vor allem die Machbarkeit gezeigt werden sollte. Daher ist es wichtig, Werkzeuge und Verfahren zu entwickeln, die einen aus Gesamtsystemsicht optimalen Einsatz von Wind- und Photovoltaikparks am Regelleistungsmarkt ermöglichen.

Das übergeordnete Ziel dieses Projekts war die Entwicklung von Werkzeugen und Verfahren, die einen in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Elektrizitätssystems optimalen Einsatz von Wind- und Photovoltaikparks zur Erbringung von Regelleistung ermöglichen. Dies wurde durch die Umsetzung der drei Teilziele erreicht:

 

1. Bestimmung der möglichen Einspeisung (mE) bei Photovoltaikparks

Die genaue Bestimmung der möglichen Einspeisung (mE) ist notwendig, damit Photovoltaikparks Regelleistung bereitstellen können. Bisher gab es kein Verfahren, das die Anforderungen der Regelleistung hinsichtlich Genauigkeit und zeitlicher Auflösung erfüllt. Ein solches Verfahren ist aber Grundvoraussetzung für die Erschließung des Regelleistungsmarktes für die Photovoltaik. Die mE entspricht der Leistung, die ein PV-Park eingespeist hätte, wenn er nicht abgeregelt worden wäre. Die Information über die mE benötigt der ÜNB, um zu überprüfen, ob der Anbieter einen Abruf negativer Regelleistung zurück nehmen oder einen Abruf positiver Regelleistung erfüllen könnte, sowie, ob die Regelleistung erbracht wurde.

© Foto Fraunhofer IEE

Abbildung 1: Scatter-Plot der Messungen über den Ergebnissen für die mögliche Einspeisung der drei verschiedenen Ansätze für 1, 3, 5 und 10 Referenzwechselrichter.

Im Vorhaben wurden Verfahren zur Bestimmung der mE entwickelt und anhand von Testparks der Firma Enerparc evaluiert. Dabei wurde ebenfalls evaluiert, welchen Einfluss die Kopplung von mehreren Photovoltaikparks sowie von Portfolien aus Wind- und Photovoltaikparks auf die Genauigkeit der mE hat. Des Weiteren wurden Verfahren zum Umgang mit der Ungenauigkeit der Bestimmung der mE entwickelt.

 

2. Entwicklung von risikobasierten Angebotsstrategien am Regelleistungsmarkt für einen Pool fluktuierender Erzeuger mit und ohne steuerbare Anlagen

Risikobasierte Angebotsstrategien werden benötigt, damit Wind- und Photovoltaikparks Regelleistung wirtschaftlich und gleichzeitig so zuverlässig wie konventionelle Kraftwerke bereitstellen können. Die Regularien zur Beschaffung von Regelleistung fordern eine Zuverlässigkeit der angebotenen Regelleistung von 100 %. Da der Betrieb technischer Systeme immer mit einer Unsicherheit behaftet ist, was auch die Erfahrungswerte der ÜNB hinsichtlich der Zuverlässigkeit der bisherigen Anbieter zeigen, benötigen die Anbieter risikobasierte Angebotsstrategien. Die bisherigen Angebotsstrategien der Anbieter, mit steuerbaren Anlagen, sind Faustregeln. Diese sehen eine Besicherung der größten Anlage im Pool oder beispielsweise von 10 % - 30 % der angebotenen Regelleistung vor, wodurch sie eine Zuverlässigkeit nahe 100% erreichen. Diese Faustregeln haben jedoch zwei Nachteile. Zum einen besteht die Gefahr, dass zu wenig oder zu viel besichert wird, da keine anlagenspezifischen Ausfallwahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden. Dies ist entweder negativ für die Sicherheit oder für die Wirtschaftlichkeit. Ein weiterer Nachteil ist, dass sie auf Wind- und Photovoltaikparks nicht anwendbar sind, da bei den Parks eine gewisse Prognoseungenauigkeit hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Leistung für die angebotenen Zeiträume besteht. Daher besteht seitens potenzieller Anbieter von Regelleistung mit Wind- und Photovoltaikparks aber auch seitens bestehender Anbieter ein großes Interesse an risikobasierten Angebotsstrategien, mit denen aufbauend auf probabilistischen Prognosen ein Optimum aus Wirtschaftlichkeit und Sicherheit gefunden werden kann.

Deshalb wurden im Vorhaben risikobasierte Angebotsstrategien für einen Pool aus fluktuierenden Erzeugern mit und ohne steuerbare Anlagen entwickelt.

© Foto Fraunhofer IEE

Abbildung 2: Maximales Regelleistungsangebot aus den verschiedenen Kombinationen an Pool für ein Sicherheitsniveau von 99,99 % und einem BHKW-Pool von 5 BHKW mit einer maximalen Regelleistungserbringung von 2 MW pro Anlage.

 

3. Entwicklung von Lösungen für die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) virtueller Kraftwerke (VK) mit fluktuierenden Erzeugern für die Bereitstellung von Regelleistung

Ein weiteres Ziel des Projekts war die Weiterentwicklung von IKT-Lösungen für die Bereitstellung von Regelleistung durch VK mit fluktuierenden Erzeugern, die benötigt werden, damit das Potenzial der Wind- und Photovoltaikparks von derzeit über 90 GW installierter Leistung für die Regelenergieerbringung erschlossen werden kann. In Kombikraftwerk 2  und Regelenergie durch Windkraftanlagen wurden erste IKT-Lösungen entwickelt, die die Machbarkeit demonstrieren, jedoch noch nicht alle Kriterien eines zuverlässigen und optimalen Betriebs erfüllen. Insbesondere wurde keine direkte Kopplung zum Übertragungsnetzbetreiber umgesetzt.

Bei der Entwicklung der IKT-Lösungen stehen in erster Linie die Geschwindigkeit, Sicherheit und Stabilität der Datenübertragung im Vordergrund. Des Weiteren werden generische Schnittstellen für die Kommunikation mit den ÜNB und für probabilistische Prognosen zur Angebotserstellung unter Berücksichtigung der Datensicherheit entwickelt.

© Foto Fraunhofer IEE

Abbildung 3 Topologie Ansicht IWES.vpp Frontend Application

Durch die Arbeiten im Projekt konnten die angestrebten Ergebnisse erreicht werden. So gab das Projekt Hinweise, dass eine Bereitstellung von Sekundär- und Minutenregelleistung mittels Pools aus fluktuierenden Erzeugern - vorbehaltlich der Formulierung der Genauigkeitsanforderungen seitens der Übertragungsnetzbetreiber - generell möglich und praktikabel umsetzbar ist.