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Systemsicherheit 2050

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dena-Studie zu Systemdienstleistungen und Aspekte der Stabilität im zukünftigen Stromsystem

Mögliche Erbringer von

Mögliche Erbringer von Momentanreserve Momentanreserve wird heute durch Trägheit der rotierenden Massen, die von synchron an das Netz gekoppelten Energieanlagen bereitgestellt wird, erbracht. Für die gezielte Erhöhung der Momentanreserve kommen aus heutiger Sicht folgende klassische und neuartige Erbringer und technische Konzepte in Betracht: ■ Redispatch thermischer Großkraftwerke – während konventionelle Kraftwerke in das Stromnetz einspeisen, stellen ihre rotierenden Massen durch eine direkte Kopplung an das Stromnetz Trägheit und damit Momentanreserve zur Verfügung. Vereinfacht dargestellt ist der Beitrag thermischer Großkraftwerke davon abhängig, wie viele Anlagen gleichzeitig Strom produzieren. Der Redispatch thermischer Kraftwerke zielt darauf ab, die Anzahl einspeisender Kraftwerke präventiv zu erhöhen. Da unter Umständen im Gegenzug erneuerbare Energie abgeregelt werden müsste, würde ein dauerhafter Redispatch allerdings den Ausbau erneuerbarer Energie konterkarieren. Entsprechend sollte der Redispatch nur eine punktuelle Maßnahme zur Bereitstellung von Momentanreserve darstellen. ■ Rotierende Phasenschieber – eine weitere Möglichkeit, um die Momentanreserve im Stromversorgungssystem zu erhöhen, ist der Einsatz von rotierenden bzw. synchronen Phasenschiebern. Dafür können vorhandene stillgelegte Kraftwerke entsprechend umgerüstet oder neue Phasenschieber aufgebaut werden. Rotierende Phasenschieber sind Stand der Technik, in Deutschland heute jedoch noch nicht verbreitet. Da der primäre Einsatzzweck für rotierende Phasenschieber derzeit nicht die Bereitstellung von Momentanreserve ist, haben Phasenschieber eine verhältnismäßig kleine rotierende Masse, die jedoch durch einfache Maßnahmen erhöht werden könnte. ■ Bereitstellung von Momentanreserve aus netzbildenden Umrichtern – netzbildende und damit typischerweise spannungseinprägende Umrichter können instantan auf Frequenzänderungen reagieren und somit durch eine Anpassung der Wirkleistungseinspeisung Momentanreserve bereitstellen. Hauptargument für die Nutzung von Umrichtern für die Bereitstellung von Momentanreserve ist, dass sie ohnehin für den Anschluss von Erzeugern, Lasten und Speichern benötigt werden. Ein Teil der Investitionskosten könnte entsprechend dem Primärzweck der Anlagen, z. B. der Einspeisung von Wirkleistung, zugerechnet werden. Die Nutzung von Umrichtern könnte somit eine wirtschaftliche Alternative zu echten Schwungmassen darstellen. Allerdings sind netzbildende Umrichter in Verbundnetzen auf Übertragungs- und Verteilnetzebene bisher nicht verbreitet. Außerdem sind sowohl zentrale technische als auch wirtschaftliche Fragestellungen noch nicht abschließend untersucht, sodass das tatsächliche technisch-wirtschaftliche Potenzial heute nur schwer zu beziffern ist. Für die notwendige Begrenzung des dynamischen Frequenzminimums im Falle eines normativen Ausfalls identifiziert die Studie eine schnelle Regelleistung, die innerhalb von 1 Sekunde aktiviert wird, als ausreichend. Batteriespeicher könnten diese Anforderungen bereits heute erfüllen. Darüber hinaus heben die Studienergebnisse die Bedeutung der Frequenzabhängigkeit der Lasten für die Frequenzstabilisierung hervor. Kommt es im System dagegen im Zuge eines sogenannten System Splits zu einer Auftrennung des Verbundnetzes in Teilnetze, so entstehen Herausforderungen bei der Begrenzung des Frequenzgradienten im Ursprung, der nur durch eine instantane Reaktion des Systems und damit durch Momentanreserve beeinflusst werden kann. 24 – Teil 1

Zeitbereich Instantan Millisekunden Sekunden Minuten Vorleistung Momentanreserve Schnelle Regelleistung PRL SRL MRL Wirkung Initialer Frequenzgradient Frequenzstabilisierung Frequenzrückführung Abbildung 4: Zeitbereiche, Vorleistungen und Wirkungen am Beispiel der Frequenzhaltung Zeitbereiche für Vorleistungen für Systemdienstleistungen Je nach Zielsetzung kann bei der Erbringung von Vorleistungen für Systemdienstleistungen oder Maßnahmen der Stabilität ein instantanes Verhalten notwendig sein oder eine zeitverzögerte Reaktion ausreichen. Regelungsbasierte Maßnahmen, wie der Einsatz von Regelenergie, wirken immer zeitverzögert, da für die Messung der Abweichung und die Auslösung der Reaktion Zeit benötigt wird. Nur durch instantanes Verhalten kann ein Einfluss auf die Fehlerauswirkung im Moment des Fehlers selbst genommen werden. So ist beispielsweise nur mit einer instantanen System- oder Anlagenreaktion Einfluss auf die Spannungs- oder Frequenzgradienten im Moment des Störfalls zu nehmen, während der weitere Verlauf der Frequenz- oder Spannungsabweichung auch durch eine schnelle Regelung beeinflusst werden kann (vgl. Abbildung 4). Handlungsbedarfe für die Frequenzhaltung ■ Der Bedarf für schnellere Regelleistung zur Einhaltung der Grenzwerte beim normativen Ausfall im europäischen Verbundsystem hängt von der vorhandenen Momentanreserve ab. Die Bedarfsanalyse einer schnellen Regelleistung ist eine Aufgabe, die das gesamte Verbundnetz betrifft. Entsprechend ist die Abstimmung zwischen Übertragungsnetzbetreibern auf europäischer Ebene in der ENTSO-E entscheidend. Für die Gewährleistung der Frequenzhaltung im Normalbetrieb kann eine deutlich schnellere Regelleistung den Rückgang der Momentanreserve kompensieren. Eine insgesamt schnellere Regelleistung kann mithilfe einer zusätzlichen Vorleistung realisiert werden. Alternativ sollte die Option untersucht werden, für die Primärregelung eine schnellere Aktivierung zu spezifizieren. Für die Bedarfsbestimmung der notwendigen Momentanreserve sollte jedoch die Beherrschung eines System Splits der entscheidende Auslegungsfall sein. Ob und in welchem Ausmaß eine schnellere Regelleistung dann noch nötig ist, hängt also von der notwendigen Momentanreserve für die Beherrschung des System Splits ab. ■ Die Frequenzabhängigkeit der Lasten leistet einen wichtigen Beitrag für die Frequenzhaltung. Hier sollte eine Prognose der zukünftigen Entwicklung erstellt und Veränderungen durch ein Monitoring erfasst werden. Trotz des Beitrags der Frequenzabhängigkeit der Lasten zur Frequenzhaltung existieren heute kein Monitoring der Entwicklung in diesem Bereich und keine fundierte Prognose darüber, welcher gesicherte Beitrag in einem zukünftigen System angenommen werden kann. Um frühzeitig Herausforderungen in diesem Bereich identifizieren zu können, sollte eine Prognose erstellt und durch ein Monitoring regelmäßig überprüft werden. Auf Basis des Monitorings können gegebenenfalls Maßnahmen ergriffen werden, sollte die Frequenzabhängigkeit gezielt erhöht, beibehalten oder ersetzt werden müssen. Für eine fundierte Trendanalyse der zu erwartenden Entwicklung der Frequenzabhängigkeit der Lasten bedarf es einer wissenschaftlichen Studie, auf deren Basis die Rahmenbedingungen, Anforderungen und Zuständigkeiten für ein nachfolgendes Monitoring durch die Politik diskutiert und gegebenenfalls festgelegt werden können. Teil 1 – 25

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