Kombikraftwerk demonstriert sicheren Stromnetzbetrieb mit erneuerbaren Energien

11. November 2013 | Kira Crome

Wissenschaftler haben in einem Feldversuch bewiesen, dass ein Verbund aus erneuerbaren Energieanlagen die Stabilität des Stromnetzes gewährleisten kann. Das regenerative Kombikraftwerk, das in einem Forschungsvorhaben des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik entwickelt wurde, konnte in einer Live-Demonstration Regelenergie bereitstellen.

Die Energiewende führt nicht nur zu einer Systemänderung bei der Stromerzeugung. Auch die Bereitstellung der Energie muss transformiert werden, um die Netze stabil zu halten. Weil mit Hilfe von Wind und Sonne nicht kontinuierlich Strom erzeugt werden kann, erbringen Wind- und Solarenergieanlagen allein keine sogenannte Regelleistung. Diese Energie wird jedoch benötigt, um das Stromnetz insgesamt stabil zu halten und so die Stromversorgung sicher zu stellen.

Im Stromnetz müssen sich Erzeugung und Verbrauch stets die Waage halten. Weil sich ungenutzte Strommengen nicht im Netz speichern lassen, müssen Schwankungen ausgeglichen werden: Wird mehr Strom ins Netz eingespeist als zugleich entnommen wird, muss der Netzbetreiber kurzfristig einen Stromabnehmer zu schalten, der den überschüssigen Strom abzieht, oder einen Produzenten vom Netz nehmen. Übersteigt der Strombedarf die Produktion, müssen Reserveenergien ins Netz eingespeist werden. Diese Systemdienstleistung gewährleisten bislang vor allem Gaskraftwerke.

In einem Feldversuch des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik haben die Forscher nun gezeigt, dass die Netzstabilität auch in einer Stromversorgung sichergestellt werden kann, die vollständig aus erneuerbaren Energien gespeist wird. Das Konzept des Pilotprojekts „Kombikraftwerk 2“ ist einfach: Weil die Wind- und Solarstromerzeugung den natürlichen Wetterschwankungen unterliegt, werden die Leistungsschwankungen durch regelbare erneuerbare Energieträger wie Bioenergie und Wasserkraft ausgeglichen. Dafür werden verschiedene erneuerbare Energieanlagen in einem Kombikraftwerk zusammengeschlossen. Auf diese Weise können individuelle Produktionsstärken von Wind- und Sonnenenergie, Biomasse, Geothermie und Wasserkraft in Verbindung mit Speicherkraftwerken kombiniert werden.

Für den Versuch wurden mehrere Windparks, Biogas- und Photovoltaikanlagen aus Brandenburg, Hessen und Rheinland-Pfalz mit einer Gesamtleistung von über 80 Megawatt zusammengeschlossen. Die beteiligten Anlagen wurden zentral über eine digitale Leitwarte des Fraunhofer Instituts IWES in einem Rhythmus von drei Sekunden gesteuert. Durch ständige Online-Leistungsmessungen und eine exakte Wetterprognose können die zu erwartenden Leistungen für Minuten- und Stundenintervalle sehr genau abgeschätzt werden. Das ermöglicht es, entsprechende Reserven für die Bereitstellung von Regelenergie zu berechnen und in den Fahrplan einzukalkulieren.

Der Versuch war ein Erfolg, so die Wissenschaftler: „Unser Test hat nicht nur gezeigt, dass die Erneuerbaren Energien die nötigen Anforderungen zur Regelleistungsbereitstellung erfüllen, sondern dass diese mit einer Anpassungszeit von wenigen Sekunden auch deutlich schneller reagieren als die konventionellen Kraftwerke“, sagt Kaspar Knorr, Projektleiter des Kombikraftwerk 2. Das könnte den Einsatz konventioneller Energieträger überflüssig machen, glauben die Wissenschaftler. Einzige Voraussetzung: Das gegenwärtige System müsste technisch und regulatorisch entsprechend weiterentwickelt werden. „Damit die Erneuerbaren ihre Systemverantwortung besser wahrnehmen können, sollten sie auch am Regelenergiemarkt teilnehmen können. Dafür müssten die Rahmenbedingungen entsprechend angepasst werden“, so Knorr.

In Ergänzung des Feldtests zeigten die Wissenschaftler anhand eine eigens entwickelten Szenario-Simulation, dass die Netzstabilität in einem angepassten Stromversorgungssystem mit 100 Prozent erneuerbaren Energiequellen gewährleistet werden kann. „Wenn in Zukunft Erneuerbare Energien in Kombikraftwerken verknüpft und gesteuert werden, können sie zusammen mit Speichern jederzeit den Bedarf decken und für eine stabile Frequenz und Spannung im Netz sorgen“, fasst Dr. Kurt Rohrig, stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer IWES, den Testerfolg zusammen.

Das Kombikraftwerk 2 ist ein Projekt des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) und seinen Partnern: CUBE – Engineering GmbH, Deutscher Wetterdienst, ENERCON GmbH, ÖKOBiT GmbH, Siemens AG, SMA Solar Technology AG, SolarWorld AG, Agentur für Erneuerbare Energien und Institut für Elektrische Energieversorgung an der Universität Hannover.

Weiterführende Information:
www.kombikraftwerk.de
Hintergrundpapier zum Feldtest „Regelenergiebereitstellung durch Erneuerbare Energien“: http://www.kombikraftwerk.de/fileadmin/Kombikraftwerk_2/Hintergrundpapiere/Kombikraftwerk2_Hintergrundpapier_Feldtest_okt13.pdf

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