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Regelleistung durch Wind- und Photovoltaikparks

Projektstatus
Begonnen
Photovoltaik- und Windenergieanlagen vor sommerlicher Landschaft
Wie gut lassen sich Photovoltaik- und Windenergieanlagen zur Regelleistungsbereitstellung nutzen?
Bild: vencav - Fotolia.com

Um die Sicherheit der Elektrizitätsversorgung zu gewährleisten, setzt der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) die sogenannten Systemdienstleistungen ein. Eine dieser Systemdienstleistung ist die Regelleistung. Die Anlagen, die Regelleistung bereitstellen, gleichen das Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch aus, wodurch die Netzfrequenz stabil bleibt. Die Regelleistung gibt es in drei verschiedenen Qualitäten, die sich vor allem hinsichtlich ihrer Aktivierungsgeschwindigkeit unterscheiden. Die Primärregelleistung muss innerhalb von 30 Sekunden vollständig zur Verfügung stehen, bei der Sekundärregelleistung sind es fünf und bei der Minutenreserve 15 Minuten.

Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere der fluktuierenden Erzeuger, ergeben sich zwei Herausforderungen in Bezug auf die Regelleistung. Zum einen steigt der Bedarf an Regelleistung aufgrund des mit dem Ausbau der Windenergie und Photovoltaik zunehmenden Prognosefehlers an. Zum anderen reduziert sich die Anzahl der konventionellen Kraftwerke, die bisher größtenteils Regelleistung bereitgestellt haben. Daher ist es wichtig, dass auch Wind- und Photovoltaikparks Regelleistung bereitstellen, damit diesen Herausforderungen begegnet werden kann. Zurzeit stellen Wind- und Photovoltaikparks in Deutschland noch keine Regelleistung bereit. Weiterhin kann durch die Regelleistungsbereitstellung durch Wind- und Photovoltaikparks das teure Hoch- oder Runterfahren von Kraftwerken und der Bau von Speicherkapazitäten vermieden werden. Des Weiteren kann dadurch der Wettbewerb am Regelleistungsmarkt gesteigert werden, was wiederum die Kosten senken sollte.

In den vom BMU geförderten Projekten Regelenergie durch Windkraftanlagen und Kombikraftwerk 2 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.

Genaue Kenntnis der möglichen Einspeisung

Damit Photovoltaik-Anlagen Regelleistung einspeisen können, ist eine genaue Kenntnis der möglichen Einspeisung notwendig. Die mögliche Einspeisung entspricht der Leistung, die ein Park eingespeist hätte, wenn er nicht abgeregelt worden wäre. Bisher gibt es kein Verfahren, das die Anforderungen der Regelleistung hinsichtlich Genauigkeit und zeitlicher Auflösung erfüllt. Wären die Aussagen entsprechend exakt, könnte die Photovoltaik auch am Regelleistungsmarkt teilnehmen. Mit einer installierten Leistung von rund 30 GW verfügt die PV bei guten Wetterbedingungen zumindest theoretisch über ausreichende Regelleistungsreserven. Die Information über die mögliche Einspeisung benötigt der Übertragungsnetzbetreiber, um zu überprüfen, ob der Anbieter einen Abruf negativer Regelleistung zurücknehmen oder einen Abruf positiver Regelleistung erfüllen könnte. Außerdem lässt sich so feststellen, ob Regelleistung tatsächlich erbracht wurde.

Risikobasierte Angebotsstrategien am Regelleistungsmarkt

Damit Wind- und Photovoltaikparks Regelleistung wirtschaftlich und genauso zuverlässig wie konventionelle Kraftwerke bereitstellen können, braucht es risikobasierte Angebotsstrategien. 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 Übertragungsnetzbetreiber hinsichtlich der Zuverlässigkeit der bisherigen Anbieter zeigen, benötigen die Anbieter risikobasierte Angebotsstrategien. Die Angebotsstrategien bisheriger Anbieter 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 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.

Lösungen für die Informations- und Kommunikationstechnik virtueller Kraftwerke

Zurzeit gibt es noch keine kommerziellen IKT-Lösungen für die Bereitstellung von Regelleistung durch virtuelle Kraftwerke mit fluktuierenden Erzeugern. Aber erst diese Lösungen ermöglichen es, das Potenzial der insgesamt über 60 GW Wind- und Photovoltaikparks zu erschließen. Bei der Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) stehen in erster Linie Geschwindigkeit, Sicherheit und Stabilität der Datenübertragung im Vordergrund. Des Weiteren wollen die Ingenieure generische Schnittstellen für die Kommunikation mit den Übertragungsnetzbetreibern und für probabilistische Prognosen zur Angebotserstellung unter Berücksichtigung der Datensicherheit entwickeln.

Projektlaufzeit

08/2014 – 07/2016

Kontakt

Dr. Reinhard Mackensen
Projektleiter
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES)
Königstor 59
34119 Kassel
+49(0)561-7294-245
+49(0)561-7294-260

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

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