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ÜBERLASTUNG-VERMEIDEN – KOSTEN-SENKEN Netzausbau bei Betriebsmittelüberlastung oder smarte Regelung?

Hanna Jünemann / Dienstag, der 10. Januar 2017

SMARTE REGELUNG GEMÄSS §11 ABS. 2 DES ENWG

In den vergangen Jahren hat sich die Leistung der Windenergieanlagen (WEA) rasant entwickelt. In den Anfangszeiten hatten die WEA‘s eine Leistung zwischen 150 bis 750 kW. Moderne Windturbinen sind bei einer Generatorleistung von über 3 MW angelangt. Aufgrund der hohen Leistungen sind vermehrt sogenannte private Wind Umspannwerke (UW) entstanden. Auch unser Kunde, die Ems Windmanagement & Service GmbH & Co. KG, betreibt ein solches Wind UW mit einer gesamten Einspeiseleistung von ca. 80 MW.

HERAUSFORDERUNG – UND LÖSUNG

Die Betreiber des Umspannwerks Rhede Ems Wind hatten das Problem, dass in bestimmten Netzsituationen, eines der Einspeisekabel und der Transformator durch zu hohen Strom überlastet wären. 

HINTERGRUND: Anlagen werden von dazu autorisierten Zertifizierungsstellen geprüft und in einem abschließenden Anlagengutachten bewertet. Grundlegend hierfür sind vor allem die Anforderungen, die sich aus den Technischen Richtlinien der FGW ableiten lassen.

Die planerischen Anlagenzertifikate werden anschließend vor Ort im Hinblick darauf überprüft wie sie konkret umgesetzt worden sind. Erfüllt die Anlage die Anforderungen gemäß SDLWindV (Verordnung zu Systemdienstleistungen durch Windenergieanlagen) wird eine EZA-Konformitätserklärung ausgestellt. Sie muss dem Netzbetreiber vorgelegt werden und bildet gleichzeitig die Voraussetzung für eine Vergütung gem. EEG.

Im Anlagengutachten werden unter anderem verschiedene Arbeitspunkte der im Netz möglichen und vorkommenden Spannungen überprüft (siehe Bild unten). Dazu führt man eine Netzsimulation durch und bewertet theoretisch, ob Betriebsmittel bei bestimmten Netzsituationen überlastet sind oder eben nicht.

Abbildung 1: vorgegebene Arbeitspunkte des ÜNB

GRUNDLAGEN: Vereinfacht dargestellt, ist die Leistung (P) das Produkt aus Strom (I) und Spannung (U) → P = U x I. Angenommen die Einspeiseleistung und somit die Windgeschwindigkeit der Windturbine bleibt konstant und die Spannung im Netzt sinkt, muss bei konstanter Wirkleistung P, der Strom ansteigen P → = U ↓ x I ↑.

Die eingesetzten Betriebsmittel wie Transformatoren, Kabel und Schaltanlagen haben bezüglich Spannung, Strom und Temperatur physikalische Grenzwerte, die eingehalten werden müssen um nicht beschädigt zu werden.

 

DAS ANFORDERUNGSPROFIL IM DETAIL

Die Ems Wind war sich diesem Problem frühzeitig bewusst und suchte aktiv nach einer Lösung. So kam auf Empfehlung des WEA Herstellers bereits 2014 auf der „Hamburg Wind“ ein erstes Treffen mit der ee technik gmbh zustande. Nachdem man verschiedene Lösungen evaluiert hatte, kam Ende 2014 auch die Beauftragung aufgrund eines detailliert formulierten Anforderungsprofils zustande.

Dreh- und Angelpunkt der Spezifikationen von Ems Wind ist die Strom Begrenzung der betroffenen Betriebsmittel gewesen.

Wird der Strom begrenzt ist das vergleichbar mit dem Begrenzen der Leistung. Entsprechend wurde zusätzlich zur P-Regelung eine Überwachung des Stroms im betroffenen Strang eingeplant. Zudem ist die Temperaturmessung der betroffenen Kabel, Teil des Anforderungsprofils gewesen. Diese Messung sollte an mehreren Stellen des Kabels stattfinden. So wurden Messungen im Kabelkeller und im Kabelgraben im Bereich vor dem UW installiert.

Bei elektrischen Schaltungen ist mit Strombegrenzung die Verwendung eines Vorwiderstandes gemeint, bei elektronischen Geräten eine Schaltung, die verhindert, dass bestimmte Stromgrenzwerte überschritten werden.

NETZAUSBAU BEI BETRIEBSMITTELÜBERLASTUNG ODER SMARTE REGELUNG?

Daniel Schauer, Geschäftsführer der ee technik gmbh: „Durch die Anforderungen innerhalb des Zertifizierungsverfahrens und die rein theoretische Betrachtung der einzelnen Arbeitspunkte, bestand durch die potenzielle Überlastung der Betriebsmittel akuter Handlungsbedarf. Die betreffende Netzkonstellation hängt auch damit zusammen, wie die Netzbetreiber ihre Kabel und Leitungen auslegen, was per se keine ganz triviale Angelegenheit ist. Dass genau diese Konstellation in der Praxis eher unwahrscheinlich ist, ändert nichts an den theoretischen Vorgaben innerhalb des Anlagengutachtens. Sie sind für den Betreiber so oder so verbindlich.“

Es gibt grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten auf dieses Anforderungsprofil zu reagieren. Unser Kunde hätte sich auch entschließen können, die überlastete Kabeltrasse zu verstärken. Der eingesetzte EZA Regler der ee technik gmbh (DEA-Regler) verhalf dazu die Kosten für eine parkinternen „Netzverstärkung“ zu vermeiden. Durch die aktuelle Änderung des EnWG dürfen in Zukunft alle Netzbetreiber ganz ähnlich verfahren. Ihnen ist es nun erlaubt, statt Netze zu verstärken und auszubauen, eine smarte Regelung zu installieren um die sogenannte dynamische Spitzenkappung umzusetzen und somit die Kosten für weiteren den Netzausbau zu senken.

STAND DER TECHIK: DER EZA-Regler

Um den Wirk- und Blindleistungshaushalt der dezentralen Erzeugungsanlagen entsprechend zu steuern und zu regeln, setzt man sogenannte EZA-Regler ein, um die Wirk- und Blindleistung am zugewiesenen Netzverknüpfungspunkt gemäß EEG zu regeln. EZA Regler regeln insbesondere die Wirk- und Blindleistungsabgabe der einzelnen Erzeugungsanlagen im Hinblick auf die aktuellen Anforderungen des Netzbetreibers und verhindern eine Überlastung der Betriebsmittel bei Starkwind. Die EZA-Regler erfassen dazu die aktuelle Netzsituation am Netzverknüpfungspunkt. Hierbei werden über Strom- und Spannungswandler Werte wie Strom, Spannung, Frequenz, Wirk-, Blind- und Scheinleistung erfasst. Je nachdem wie die aktuellen Werte von den Vorgaben des Netzbetreibers abweichen, entweder im Rahmen einer Kennlinie oder einer externen Sollwertvorgabe, ermittelt der EZA-Regler die jeweiligen Sollwertvorgaben (Regelwerte) für die einzelnen Erzeugungseinheiten (EZE).

Die systembedingten Verluste, die durch Mittelspannungskabel und Transformatoren auftreten, werden durch den EZA-Regler bei witterungsbedingten Abschaltungen meist durch den permanenten Soll/Ist-Abgleich direkt am Netzverknüpfungspunkt ausgeregelt.

FAZIT

Daniel Schauer hierzu wieder: „Durch den Einsatz unseres Parkreglers, den DEA-Regler, mit der zusätzlichen Option der Strombegrenzung haben wir unserem Kunden über den Daumen gepeilt zwischen 750 T € und 1 Mio. € eingespart. Schlimmstenfalls hätte unser Kunde sogar das Repowering nicht durchführen können. Mit dieser Neuentwicklung, können wir in Zukunft unseren DEA-Regler, auch den Netzbetreibern in Deutschland als Lösung für die Umsetzung der Dynamischen Spitzenkappung anbieten.“ (siehe Bild unten).

Abbildung 2: Prinzipdarstellung dynamische Spitzenkappung

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