Effektive Pufferung der Lastverläufe des Netzes
Abb. 1: Mit Batteriespeichern können Wind- und Solarparks länger am Netz bleiben und Grundlastfunktionen übernehmen (Quelle: petrmalinak@shutterstock.com)
Abb. 2: Was dem Getreide sein Silo, ist der Windenergieanlage ihre Batterie: Beides sorgt für eine gleichbleibende Versorgung (Quelle: Phoenix Contact)
Primärregelleistungen sind notwendig, um das Stromnetz stabil zu halten. Dieses hat physikalisch keine Möglichkeit zur Speicherung von Energie. Folglich ist kontinuierlich ein Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage zu schaffen. Die Energiebranche unterscheidet an dieser Stelle zwischen drei Formen der Regelleistung, die sich durch ihre zeitliche Abruffähigkeit definieren. Primärregelleistungen müssen innerhalb von 30 Sekunden bereitstehen. Bei Sekundärleistungen bleiben fünf Minuten Zeit für die Reserve, die ebenfalls die Aufgabe hat, den Staffelstab der Primärleistung innerhalb von 15 Minuten zu übernehmen, damit sich diese wieder erholen kann. Die Tertiärregelung wird auch als Minutenreserve bezeichnet. Sie muss innerhalb von 15 Minuten für negative und positive Regelenergie verfügbar sein. Für positive Leistungen kommen in der Regel schnell anfahrbare Kraftwerke zum Einsatz. Negative Lasten sind mit großen Verbrauchern wie Lichtbogenöfen, Nachtspeicherheizungen, Pumpspeicherwerken oder dem kontrollierten Herunterfahren von Windenergieanlagen realisierbar.
Sämtliche skizzierten Maßnahmen verfolgen in Summe das Ziel, die Netzstabilität sicherzustellen. „Liegt eine zu hohe Last an, sinkt die Frequenz. Fallen Lasten weg, steigt sie. Beide Fälle gilt es zu vermeiden“, fasst Dr. Rüdiger Meyer, Applikationsexperte für Energiespeicher bei Phoenix Contact, zusammen (Abb. 3).
Aus dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit sind schnell verfügbare Gasturbinenkraftwerke für die Minutenreserve genauso ineffizient wie das Herunterfahren von Windparks. Auf der einen Seite wird elektrische Energie mit einem hohen Primärenergieeinsatz erzeugt, andererseits die vorhandene Bewegungsenergie des Windes nicht genutzt. Dr. Rüdiger Meyer sieht angesichts dieses Dilemmas gute Entwicklungsperspektiven insbesondere für die Ausrüstung bestehender Windparks mit Energiespeichern im industriellen Maßstab.
„Werden Windparks mit Großspeichern kombiniert, lassen sich darüber die Lastverläufe des Netzes puffern. Die Windturbinen können aufgrund ihres eigenen Speichers selbst dann im Wind bleiben und Energie erzeugen, wenn das Netz voll ist.“ In umgekehrter Richtung sind aus dem Speicher heraus Leistungen abrufbar, auch wenn sich kein Lüftchen regt. Damit würden die Einheiten ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Netzstabilität einnehmen.
Vorbereitete Lösungen für die Ausrüstung von Windenergieanlagen
Genau an dieser Stelle entwickeln sich gerade für Windparks älterer Baujahre neue Betätigungsfelder in Richtung Repowering. Die Verknüpfung mit Speichersystemen auf der Grundlage von Lithium-Ionen-Batterien oder Redox-Flow-Zellen leistet einen wertvollen Beitrag zur Netzstabilität. Zudem eröffnen sie neue Ertragsmöglichkeiten für die Betreiber – und zwar durch Arbitrage-Geschäfte. Hierbei greifen die stark schwankenden Strompreise am Spotmarkt. Der Speicher nimmt während Niedertarifzeiten den Windstrom auf und gibt ihn bei temporär auftretenden Spitzenlasten zu höheren Preisen wieder ab. Dieses Wirtschaftsmodell ist ohne Frage monetär motiviert, zeigt aber, dass sich mit Hilfe von Speichern Energieerzeugung und -verbrauch zeitlich trennen lassen. Durch diese Entkopplung bieten sich neue Möglichkeiten für die Sektorenkopplung auf dem Weg zur All Electric Society (Abb. 4).
Phoenix Contact stellt in diesem Umfeld bereits heute vorbereitete Lösungen einschließlich einbaufertiger Teilapplikationen für die Ausrüstungen von Windenergieanlagen zur Verfügung. Der Funktionsumfang erstreckt sich bis zu Cloud-Anwendungen inklusive einer Integration aktueller und künftiger Kommunikationsstandards. An dieser Stelle übernimmt die offene Steuerungsplattform PLCnext Technology eine Schlüsselfunktion, da sich mit ihr individuelle Anforderungen komfortabel erfüllen lassen. Dazu zählen auch Geschäftsmodelle auf der Grundlage des IoT. Sie sind im Hinblick auf cloud-basierte Services sowie datenbankgestützte Informationsprozesse notwendig. Auf der Hardware-Ebene werden unter anderem Komplettlösungen für das Einspeisemanagement verwendet.
Das weit gefasste System stellt zum Beispiel Anschlusslösungen für die Leistungselektronik in jeglichen Querschnitten bereit. Ferner bietet Phoenix Contact vorbereitete Applikationen für das Netzmonitoring an. Obligatorisch: der effektive und verlässliche Schutz vor Blitzeinschlägen durch Hochleistungs-Blitzstromableiter.