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PV-Wind-Symbiose

Wie sich Photovoltaik- und Windkraftwerke ergänzen können

Projektstatus
Begonnen
Zu sehen ist der Wind- und Photovoltaikpark „Schneebergerhof“ in Rheinland-Pfalz.
Photovoltaik- und Windkraftanlagen können ihre schwankende Energie gegenseitig ausgleichen. Dazu entwickeln Forscher im Forschungsvorhaben PV-Wind-Symbiose neue Regelungen. | Bild: Armin Kübelbeck, CC-BY-SA, Wikimedia Commons

Im Zuge des klimafreundlichen Umbaus der deutschen Energieversorgung sollen erneuerbare Energieerzeugungsanlagen Atom- und Kohlekraftwerke zunehmend ersetzen. Im konventionellen Stromnetz stellen diese Großkraftwerke jedoch einen wesentlichen Teil der benötigten Blindleistung für die Übertragungsnetze bereit. Werden sie zeitweise oder dauerhaft abgeschaltet, müssen dezentrale Anlagen wie Wind- und Photovoltaikanlagen diese Aufgaben übernehmen.

Vor allem direkt an die Hochspannungsebene angeschlossene Erneuerbare-Energien-Kraftwerke können einen wesentlichen Beitrag zur Netzregelung leisten. Darum setzt das Projekt „PV-Wind-Symbiose“ hier an. Die Verbundpartner führen Untersuchungen an einem realen kombinierten Wind- und PV-Kraftwerk durch, welches an das 110-kV-Netz angeschlossen ist. In Kooperation mit einem Netzbetreiber sowie Herstellern von PV-Wechselrichtern und Windkraftanlagen soll erforscht werden, wie Blindleistung jenseits der bestehenden Regeln aus den Einspeiserichtlinien zur Verfügung gestellt und ins Netz integriert werden kann. 

Wind- und Photovoltaikanlagen als Einheit betrachten

Dazu ist es notwendig, die Blindleistungsfähigkeit von PV- und Windkraftanlagen zu erweitern und eine gemeinsame Regelung für Windparks und PV-Kraftwerke zu entwickeln. Durch diese Änderungen entsteht ein sogenanntes Flächenkraftwerk , an dem das Konzept unter realen Bedingungen hinsichtlich Systemstabilität, Verlusten, Oberschwingungsaussendung und Kostenstruktur untersucht werden kann. 

Virtuelles Kraftwerk: Vernetzte Kleinanlagen arbeiten im Verbund

Das Ziel von Flächen- beziehungsweise virtuellen Kraftwerken ist, die Energieerzeugung kleiner Anlagen so zu koppeln, dass Netzbetreiber sie als ein großes Kraftwerk behandeln können. Meistens bestehen sie aus einer Mischung von Photovoltaik- und Windenergieanlagen, die um Biomasse- und Wasserkraftwerke ergänzt werden. Aber auch Geothermieanlagen und Blockheizkraftwerke können ihre Leistung einbringen und so Teile von virtuellen Kraftwerken sein. 

Die Leitwarte kommuniziert mit den einzelnen Anlagen und ermittelt, welche Energiemenge vom Netz benötigt wird. Zudem prüft sie, wie viel Leistung die volatilen Erzeuger zum gegenwärtigen Zeitpunkt liefern können. Für Vorhersagen nutzt sie unter anderem hoch aufgelöste Wetterdaten und kombiniert sie mit den Standorten der Erzeuger. Mit diesen Informationen und den Preisprognosen der Strommärkte kann ein virtuelles Kraftwerk daraufhin Strom einspeisen. 

Nachteilig ist der Kommunikationsaufwand. Dieser verlangt einerseits eine hohe Rechenleistung und verursacht auf der anderen Seite zusätzliche Kosten. Dennoch können virtuelle Kraftwerke in Zukunft zu einer sicheren Energieversorgung beitragen.

Anlagen- und Netzsimulationen laufen parallel zu den Versuchen, um einen passenden Symbioseregler zu entwickeln und Auswirkungen auf erweiterte Netzbereiche zu beurteilen. Mit diesen Informationen können die Forscher abschließend die Vermarktungsfähigkeit von Blindleistung aus Flächenkraftwerken beurteilen. Ziel ist es, die Nutzbarkeit von PV- und Windkraftwerken für den Regelbetrieb des Energienetzes zu erhöhen und passende technische Lösungen, Regelstrategien und Vergütungsmodelle vorzuschlagen. Dieses Projekt leistet einen Beitrag, ein stabiles und zuverlässiges Stromnetz bei 100 Prozent erneuerbarer Energie zu entwerfen. So kann bei der Energiewende auch die Versorgungssicherheit so hoch bleiben, wie sie derzeit in Deutschland ist.

Der Projektverlauf im Detail

Im ersten Jahr der Projektlaufzeit wählen die Wissenschaftler zunächst geeignete Wind- und PV-Kraftwerke aus, die für das Vorhaben zur Verfügung stehen und möglichst aufschlussreiche Ergebnisse erwarten lassen. Der Status quo wird messtechnisch erfasst und simulativ nachgebildet. Im darauffolgenden Jahr modellieren die Projektpartner erweiterte Netz- und Anlagenregelstrategien. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern und Netzbetreibern setzen sie die in den Simulationen erfolgreichsten Konzepte in realen Anlagen um. Im abschließenden Jahr der Projektlaufzeit erfolgen die messtechnische Überprüfung der Auswirkungen dieser Änderungen, die Validierung der Simulationen sowie die Entwicklung von Modellen für eine Einpreisung und angemessene Vergütung der zusätzlichen Systemdienstleistungen, die ein Flächenkraftwerk zur Verfügung stellen kann.

Die Kooperationspartner, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) und das Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen der Technischen Universität Braunschweig (elenia), stehen in kontinuierlichem Austausch und arbeiten im Projektverbund eng zusammen. Die Schwerpunkte des elenia liegen auf der Netzsimulation und den energiewirtschaftlichen Betrachtungen. Das Fraunhofer ISE konzentriert sich auf Messung und Charakterisierung, Reglerentwicklung und Anlagensimulationen.

Projektlaufzeit

10/2015 – 09/2018

Kontakt

Sönke Rogalla
Verbundkoordinator
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg im Breisgau
+49 761 4588-5454
+49 761 4588-9454

Forschungsförderung

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

Basisinformationen

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