Netzregelung - Netze für Erneuerbare Energien

In unserem Stromnetz muss immer genau gleich viel Leistung eingespeist werden, wie in dem Moment auch verbraucht wird. Wenn das einmal kurzfristig nicht der Fall ist, drehen die Generatoren in den Kraftwerken etwas langsamer (wenn sie stärker belastet werden) oder schneller (wenn weniger Energie benötigt wird). Damit ändert sich die Netzfrequenz entsprechend. Das ist ähnlich wie bei einem Tandem oder einem Bierbike (wie das Bild nebenan): Alle treten gleich schnell, aber unterschiedlich stark, und wenn es bergaufgeht, werden alle gemeinsam etwa langsamer.

Was wird aber passieren, wenn über kurz oder lang die großen Karftwerke mit ihren Generatoren durch viele kleine dezentrale Einspeiser von Erneuerbaren Energien ersetzt werden? Die allermeisten speisen über elektronische Wechselrichter ins Netz und die haben keine Schwungmasse, die im ersten Moment die Energie liefert wie die großen Generatoren.

Wird dieser Sachverhalt der nächste "Roadblocker" auf dem Weg zu 100% Erneuerbaren Energien? Heißt es in Kürze: Wir können die Kohlekraftwerke nicht abschalten, weil wir die Schwungmasse der Generatoren für die Netzregelung brauchen?

Das wäre nicht notwendig. Moderne Wechselrichter können durch geringe Veränderungen in die Lage versetzt werden, eine solche "virtuelle" Schwungmasse zu erzeugen. Windanlagen können sogar die Schwungmasse der Windrotoren ausnutzen, wenn der Wechselrichter entsprechend ausgerüstet ist.

Dieser Tag ist übrigens gar nicht mehr weit entfernt. Im Gegenteil: Es sind inzwischen soviel Wind- und Photvoltaik-Anlagen installiert, dass sie bei einem sonningen, windigen Feiertag für wenige Stunden mehr Leistung liefern könnten als verbraucht werden könnte. Muttertag 2014 war so ein Tag, an dem Mittags Wind und Sonne rund 73% des deutschen Strombedarfs deckten. Möglicherweise wäre sogar 100% drin gewesen, aber das kann ich bisher nicht nachweisen. Viele konventionelle Kraftwerke liefen (wenn auch gedrosselt) weiter und der Export war auf hohem Niveau.

Beiträge zum Thema von mir und meinen Studierenden

Eberhard Waffenschmidt,
"Degrees of freedom for primary control with batteries",
11th International Renewable Energy Storage (IRES 2017), 14.-16.Mar.2017, Düsseldorf, Germany
Kommentar: Batterien mit Primärregelung können schnell die Grenzen des Ladezustands erreichen. Die Nutzung von Freiheitsgraden im Betrieb vermindert den Effekt.

Eberhard Waffenschmidt,
"Netzregelung mit LED-Lampentreibern für zukünftige Stromnetze ohne rotierende Massen",
4. Otti-Konferenz "Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien", Berlin, 31.1 -1.2.2017
Kommentar: Momentanregelung mit LED-Treiber durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren im Netzteil. Fokus auf Umsetzung und erste Messergebnisse.

Eberhard Waffenschmidt,
"Leistungselektronik ersetzt rotierende Massen im Stromnetz der Zukunft - Virtuelle Schwungmasse",
Elektronik Power, Okt. 2016, S.16
Kommentar: Ausführlicher Artikel zur Momentanregelung mit LED-Treiber durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren im Netzteil. Einleitung populärwissenschaftlich formuliert.

Eberhard Waffenschmidt, Ron S.Y. Hui,
Virtual inertia with PV inverters using DC-link capacitors”,
EPE'16 ECCE Europe - 18th European Conference on Power Electronics and Applications, 5.-9. Sep. 2016, Karlsruhe, Germany

Eberhard Waffenschmidt,
Virtual inertia grid control with LED lamp driver”,
5th International Energy and Sustainability Conference 2016 (IESC 2016), Cologne, Germany, 30. Jun. – 1. Jul. 2016
Kommentar: Momentanregelung mit LED-Treiber durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren im Netzteil.

Eberhard Waffenschmidt,
"Primary control with batteries",
5th International Energy and Sustainability Conference 2016 (IESC 2016), Cologne, Germany, 30. Jun. – 1. Jul. 2016

Nora Kovacs,
"Momentanregelung mit Licht emittierden Dioden (LED) Lampentreibern",
Masterarbeit an der TH-Köln, 23. Mai 2016.
Kommentar: Momentanregelung mit Lasten durch Nutzung der Zwischenkreiskondensatoren im Netzteil.

Eberhard Waffenschmidt
"Decentralized grid control",
International Renewable Energy Conference (IRENEC 2016), 26.-28.May 2016, Istanbul, Turkey.
Kommentar: Probleme bei Momentanregelung mit PV-Wechslerichtern und Primärregelung mit Batterien

Eberhard.Waffenschmidt,
"Momentan-Regelung mit Photovoltaik-Wechselrichtern",
Otti-Konferenz "Zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien", Berlin, 26.-27. Jan. 2016
Kommentar: Nutzen der Zwischenkreiskondensatoren von PV-Wechselrichtern für Momentanregelung, Energie- und Leistungs-Anforderungen, Belastung im Alltag.

Christian Kalbfuß,
"Regelenergiebereitstellung durch Windkraftanlagen im Poolverbund mit Biogas-BHKWs",
Masterarbeit an der TH-Köln, durchgeführt bei CLENS - Clean Energy Sourcing, 1.Okt. 2015.
Kommentar: Beschreibt Möglichkeiten der Bereitstellung von Minutenreserve durch Windkraftanlagen im Poolverbund mit Biogas-Blockheizkraftwerken.

Eberhard Waffenschmidt,
"Momentanreserve durch PV-Anlagen",
Vortrag bei ECPE Cluster-Seminar "Netzbetrieb bei hohem Anteil an Leistungselektronik", Würzburg, 8. – 9. Juli 2015.
Kommentar: Wechselrichter könnten mit ihren vorhandenen Zwischenkreiskondensatoren bei der Momentanreserve rotierenden Massen ersetzen.

Daniel Wagner,
"Grid control via power converter - Part Windpower",
Masterprojekt an der TH-Köln, Okt. 2014

Markus Korbmacher,
"Grid control via power converter - Part PV",
Masterprojekt an der TH-Köln, Okt. 2014

Jakob Bähr,
"Business models for battery storages - Primary frequency control market",
Masterprojekt an der Fachhochschule Köln, Okt. 2014.
Kommentar: Diese Arbeit zeigt die Möglichkeiten auf, mit Batteriespeichern am Regelenergiemarkt Geld zu erwirtschaften.

Eberhard Waffenschmidt,
"Auswirkungen des Ausbaus Erneuerbarer Energieerzeugung auf die Stabilität des Stromnetzes",
Presentation at "Ein stabiles Stromnetz mit 100% erneuerbaren Energien - Herausforderungen und Lösungsstrategien", Tagung der Bischöflichen Akademie, Aachen, 16.-17. Nov. 2013.
Kommentar: Ein Übersichtsvortrag über die Problematik und Lösungsvorschläge zur Netzregelung mit Erneuerbaren Energien.

Literatur zum Thema

V-Sync - Projekt
Gefördertes EU-Projekt, das die Darstellung einer virtuelle Masse von PV-Wechselrichtern zum Ziel hatte

Kombikraftwerk II
Fortsetzung des Projektes Kombikraftwerk, jetzt mit Schwerpunkt Netzregelung


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Letzte Änderung: E. Waffenschmidt, 16.März 2017