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Volle Ladung Erneuerbare: Mit den richtigen Ideen bieten regenerative Energien Stabilität für das Stromnetz.
Erneuerbare Energien

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Erneuerbare Energien und Speicher sichern das Stromnetz

Text: Gerlinde Knöpfle für AEG Power Solutions
Die Tage sind gezählt, in denen Solar- oder Windanlagen lediglich Strom produzierten. Heute sind Industriekraftwerke gefragt, die Strom geregelt ins Netz einspeisen. Die richtige Technik erlaubt eine stabile Stromversorgung auch auf Basis von erneuerbaren Energien.

Die Erneuerbaren werden erwachsen, und Photovoltaik- oder Windkraftwerke müssen heute wie alle anderen Kraftwerke ihren Beitrag zur Netzstabilität leisten – in Deutschland und im Rest der Welt. Die Anforderungen an die Kraftwerke haben die meisten Länder in ihren jeweiligen Netz- und Systemregeln, den „Gridcodes“, festgelegt.

Dabei helfen große Zentralwechselrichter, die Anforderungen für eine Netzstabilisierung zu erfüllen. Dazu zählen die Stabilisierung von Blindleistungseinspeisung bei Lastspitzen und die Konfigurierbarkeit von Fault-Ride-Through-Funktionen für Spannung und Strom. Während eines Netzkurzschlusses speist der Wechselrichter Strom ein und stabilisiert so das Netz.

Laut IHS Research werden 2014 die asiatischen Märkte die Nachfrage im Solarmarkt dominieren, insbesondere China und Japan. Während die europäischen Hauptmärkte wie Rumänien, Italien und Griechenland zurückgehen, sollen Asien, die USA und aufstrebende Märkte wie Thailand oder die Türkei stark wachsen. Die Wechselrichter von AEG Power Solutions lassen sich deshalb an die jeweiligen Gridcodes anpassen, da sie von der Software und Parametrierung her konfigurierbar sind. Die Zulassung erfolgt jeweils projektbezogen.

Energiespeicher stabilisieren das Netz

Energieversorger interessieren sich meist weniger dafür, ob der Strom aus Solarenergie kommt. Vielmehr stellen sie die Anforderung, eine Mindest- oder Maximalstrommenge zu bekommen. Für eine flexible Netzintegration ist es notwendig, überschüssigen Strom speichern zu können. Neben Wechselrichtern können also auch Energiespeicher zu einer geregelten und gleichmäßigen Netzeinspeisung beitragen. Strom soll nicht nur eingespeist werden, wenn die Sonne scheint, sondern es soll eine kontinuierliche und zuverlässige Tagesproduktion stattfinden, damit die zugesicherte Leistung konstant geliefert werden kann. Der Anlagenbetreiber muss einen zeitlichen Rahmen zusichern, in dem er Nennleistung einspeist. Überschüssige Energie muss dafür gespeichert werden und zu später abrufbar sein.

In Photovoltaik-Kraftwerken können ziehende Wolken einen plötzlichen und signifikanten Leistungseinbruch verursachen. Für Netzbetreiber gilt es, solche Störungen zu vermeiden, da diese schwerwiegende Auswirkungen auf eine gleichmäßige Netzspannung haben. Mit einem Batteriespeichersystem kann der Kraftwerksbetreiber bei einer Verschattung durch Wolken Leistung aus der Batterie zuführen und die Netzspannung stabilisieren. Ist die Wolke weg, generiert die Anlage schlagartig wieder ihre volle Leistung. In Form einer Rampe kann man die Leistung gleichmäßig hochfahren und gleichzeitig der Batterie wieder Strom zuführen. Netzbetreiber fordern, dass man sowohl positive als auch negative Rampen fahren kann.

Frequenzstabilisierung von Stromnetzen

Ein wichtiger Faktor bei der Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien ist die Frequenzstabilisierung. Sie erfolgt als Nebeneffekt der rotierenden Massen. Regenerative Energien sind jedoch umrichterbasiert und in einem komplett umrichterbasierten Netz gäbe es keine rotierenden Massen mehr.

Innerhalb des Frequenzbandes von 49,98 und 50,02 Hz ist keine Korrektur nötig. Aber in dem Moment, in dem das Frequenzband nach oben verlassen wird, bedeutet dies, dass es einen Überschuss an Energie oder zu wenig Stromverbraucher gibt. Wird das Frequenzband nach unten verlassen, gibt es einen Mangel an Energieversorgung oder zu viele Verbraucher. In diesen Fällen kann man einen Energieüberschuss mit der Batterie aus dem Netz nehmen oder aus der Batterie zuführen, um die Frequenz zu stabilisieren. Der Einsatz von Batterien verringert den Bedarf für aufwendige Pumpspeicherkraftwerke.

Stabile und kostensparende Off-Grid-Systeme

Ganz anders sieht es mit der Energiegewinnung in abgelegenen Gebieten aus. Dort ist die Bereitstellung von Energie derzeit noch stark geprägt von Dieselgeneratoren, die aufgrund des Dieselpreises kostspielig sind. Mit erneuerbaren Energien entstehen sogenannte hybride Kraftwerke. Der Anteil von Photo­voltaik in diesen Kraftwerken darf 20 bis 30 Prozent betragen, ohne die Stabilität im Netz zu gefährden.

Möchte man einen höheren PV-Anteil, so müsste man auch hier auf ein Batteriespeichersystem zurückgreifen, um die Systemstabilität zu erhalten. Lokale Smart Grids dagegen laufen vollkommen vom Netz abgekoppelt. Um abgelegene Orte mit Strom zu versorgen, empfiehlt sich ein dezentrales Energiesystem basierend auf Photovoltaik. Damit lässt sich der Einsatz von Dieselgeneratoren verringern und somit sinken die Kosten. Außerdem ist eine sichere und zuverlässige Stromversorgung auch ohne Netzausbau möglich.

Bislang wurde die Netzstabilität überwiegend durch konventionelle Kraftwerke garantiert. Heute gibt es ausgereifte Produkte und Lösungen, mit denen in Zukunft regenerative Strom­erzeugungsanlagen mehr Verantwortung als bisher für die Stabilität und Sicherheit von Stromnetzen übernehmen können. Damit werden dezentrale Wind- und Solaranlagen sowie Energiespeichersysteme langfristig verstärkt dazu beitragen, ein stabiles Stromnetz aufrechtzuerhalten, sowohl netzabhängig als auch netzunabhängig.

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