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Energiewende – Die Virtuelle Zentralisierung: Zukunftsmusik oder brandaktuell?

ee-technik-admin / Montag, der 16. Februar 2015

WARUM NICHT ALLES BLEIBT WIE ES IST
Regenerative Primärenergieträger und Kraft-Wärme-Kopplung werden nicht zuletzt aufgrund des EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) und des KWK-Gesetzes ihren Anteil an der Energieerzeugung steigern. Die Erzeugerleistung aus diesen Anlagen wird vorrangig eingespeist. Allerdings: Zahlreiche Kleinkraftanlagen wie Windenergie-, Photovoltaik- und Biogasanlagen sowie BlockheizkraftwerkePoer (BHKW) speisen die Energie unkoordiniert ins Stromnetz ein. Das kann zu einem stärker schwankenden Restbedarf führen, der dann anderweitig zu decken ist, beispielsweise aus Großkraftwerken. Zudem können sich Standort und Wetterbedingungen nachteilig auswirken. Ein Ansatz, um diese Probleme zu lösen, sind sogenannte „Virtuelle Kraftwerke“, die auch als „DEA-Cluster“ (Cluster aus Dezentralen Erzeugungsanlagen) bezeichnet werden. Mehr erfahren Sie hier…

WAS SIND VIRTUELLE KRAFTWERKE?
Virtuelle Kraftwerke sind ein Verbund aus verschiedenen dezentralen Stromerzeugungseinheiten wie Wind-, Photovoltaik- und Biogasanlagen oder Blockheizkraftwerken die an unterschiedlichen Standorten in das Netz einspeisen. Diese Anlagen funktionieren nach außen wie eine Einheit, deren Betrieb zentral geplant, optimiert und überwacht wird und die elektrische Leistung gemäß der Nachfrage an Strombörsen oder anderen Märkten bereitstellt. Ein virtuelles Kraftwerk setzt sich aus verschiedenen Hard- und Softwarebausteinen zusammen.
Auf der Hardwareseite sind das der eigentliche dezentrale Anlagenverbund, Energiespeichersysteme, ein Power Quality System, das Leittechniksystem und der Lastverbund. Das Energiemanagement, also die über spezielle Algorithmen ermittelten Prognosen und Optimierungsprogramme werden über die entsprechende Software gesteuert. Dazu kommen dann noch die eigentlichen Kommunikationssysteme wie Funk, ISDN, Telefon, Powerline Communication (PLC).

DIE VORTEILE
Gegenüber der Einspeisung einzelner Anlagenbetreiber nutzt ein virtuelles Kraftwerk die Synergien, die aus dem Zusammenschluss entstehen. Bei Spitzenlasten werden weitere Erzeuger zugeschaltet und Leistungsschwankungen/Peaks der Stromerzeugung geglättet.

Dabei sind bestimmte Kombinationen wie beispielsweise diejenige aus Windkraft- und Photovoltaikanlage mit einem Pumpspeicher besonders erfolgversprechend, da sie Nachteile etwa durch schlechtes Wetter oder zu wenig Wind ausgleichen. Hier sind gut steuerbare Energieträger mit solchen Primärenergieträgern gekoppelt, die wie Wind und Sonne nicht beeinflussbar sind. Diese Kombination macht den Mix nicht nur ökologisch interessant, sondern auch wirtschaftlich. Sind die Erzeugereinheiten gut zusammengesetzt lässt sich die abzugebende Leistung gut den Nachfrageschwankungen anpassen. Für die Nachfrageseite besteht der Vorteil darin, dass sie eine einfache und zuverlässige Schnittstelle angeboten bekommt statt vieler kleiner Kraftwerke und Erzeuger.

Auf diese Weise ist ein VK in der Lage Regelenergie bereitzustellen. Darunter versteht man notwendige und schnell verfügbare Energiemengen oder Energieverbraucher zur Netzstabilisierung. Dabei unterscheidet man je nach der zeitlichen Einsatzfolge verschiedene Arten von Regelenergie. Ein virtuelles Kraftwerk bündelt die Leistung der angeschlossenen kleinen Kraftwerke zur erforderlichen 5-MW-Mindestleistung in der Sekundärregelung (in 5 Minuten volle Leistung aktivierbar) und der Minutenreserve (innerhalb von 15 Minuten aktivierbar).
Theoretisch können das geeignete Erzeuger wie Biogaskraftwerke zwar mit den entsprechenden Speichermöglichkeiten auch selbst. Allerdings ist pragmatisch betrachtet der administrative Aufwand, den ein einzelner Anlagenbetreiber aufwenden müsste, um am Regelenergiemarkt teilzunehmen viel zu hoch.

VIRTUELLE KRAFTWERKE STEUERN UND VERWALTEN
Gegenüber nicht miteinander verbundenen dezentralen Einspeiseanlagen kommen bei einem VK allerdings weitere Parameter zum Tragen wie die Kommunikationskosten und eine zentrale Steuerung.

Grundsätzlich müssen die dezentralen Anlagen des Verbundes mit der Zentrale des virtuellen Kraftwerkes bidirektional verbunden sein, nur so können die in Bezug auf den Energiehandel und die Netzanforderungen ermittelten Werte an die einzelnen Anlagen übermittelt werden. Wird ein virtuelles Kraftwerk betrieben, um beispielsweise eine Minutenreserve bereitzustellen, müssen alle Teilnehmer des virtuellen Kraftwerks online angebunden sein. Entsprechende Rückfallstrategien bestehen auf jeder einzelnen Ebene. Erhält ein Erzeuger dann beispielsweise keine neuen Sollwerte aus der Zentrale des virtuellen Kraftwerks, fährt er die Anlage auf der Basis der eigenen, in der Steuerung ermittelten Werte weiter. Und somit in einem definierten Zustand.

Innerhalb eines VK sind die Betriebs- und Investitionskosten für die Fernüberwachung und Steuerung der dezentralen Anlagen nicht zu unterschätzen. Bei der Ankopplung über unterschiedliche Protokolle erwartet man sich zusätzlich von Standardisierungen wie der IEC-61850 eine deutliche Verbesserung in Richtung eines auch zukünftig erweiterbaren Plug & Play.

Für jede am Verbund beteiligte EZA (Energieerzeugungsanlage) muss sich die Teilnahme rechnen. Die Voraussetzungen: eine schnelle und hochverfügbare Datenanbindung und eine
effiziente Steuerungs- und Regeltechnik. Die Grundlage bilden die erwähnten intelligenten Systeme. Sie treffen innerhalb des virtuellen Kraftwerks Prognosen über die zu erwartende Leistung der einzelnen dezentralen Einheiten.

DEZENTRALES EINSPEISEMANAGEMENT – DIE SCHNITTSTELLE ZUM VIRTUELLEN KRAFTWERK
Um diese dezentralen Einheiten entsprechend zu steuern, setzt man heute schon sogenannte EZA-Regler ein, die Wirk- und Blindleistung am zugewiesenen Netzverknüpfungspunkt regeln und das gemäß EEG. Durch einen permanenten Soll/Ist-Abgleich am Netzverknüpfungspunkt arbeitet die Anlage durchgängig in einem wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt. Die Reduktion der Wirkleistung passiert direkt am NVP. Eventuelle Verluste, zum Beispiel, wenn eine Anlage witterungsbedingt vom Netz gehen muss, werden ausgeregelt. Die Energie wird also mit Hilfe eines EZA-Reglers besser ausgenutzt und die Anlage läuft insgesamt rentabler.

In Zukunft werden solche Regler eine einheitliche Schnittstelle zum Netzbetreiber, dem Direktvermarkter und zusätzlich zum virtuellen Kraftwerk bilden

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