ZEREN - Zuverlässige Einspeisung regenerativer Energie - an der ...
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<strong>ZEREN</strong> - <strong>Zuverlässige</strong> <strong>Einspeisung</strong> <strong>regenerativer</strong> <strong>Energie</strong><br />
Hochschule für<br />
Technik und Wirtschaft<br />
des Saarl<strong>an</strong>des<br />
University of Applied Sciences<br />
<strong>Zuverlässige</strong> <strong>Einspeisung</strong><br />
<strong>regenerativer</strong> <strong>Energie</strong> in das<br />
öffentliche <strong>Energie</strong>versorgungsnetz<br />
FuE-Projekt<br />
<strong>ZEREN</strong><br />
V1.0 - 06.10.2006<br />
Prof. Dr.- Ing. Michael Igel<br />
Prof. Dr.- Ing. Stef<strong>an</strong> Winternheimer<br />
1
<strong>Energie</strong>versorgung durch Windkraft<br />
<strong>ZEREN</strong> - <strong>Zuverlässige</strong> <strong>Einspeisung</strong> <strong>regenerativer</strong> <strong>Energie</strong><br />
Hochschule für<br />
Technik und Wirtschaft<br />
des Saarl<strong>an</strong>des<br />
University of Applied Sciences<br />
Sturmabschaltung<br />
100%<br />
0%<br />
100%<br />
0%<br />
1.. 3min<br />
1..3min<br />
60%<br />
90%<br />
Die Vision: 100% Versorgung durch regenerative <strong>Energie</strong> z.B. Windenergie<br />
Kurzzeitspeicher zum Ausgleich des unstetigen Windenergie - Angebots<br />
Kurzzeitspeicher überbrücken bei Sturmabschaltung, bis „l<strong>an</strong>gsame“<br />
Regelkraftwerke die <strong>Energie</strong>erzeugung übernehmen<br />
Regelkraftwerke als „Warmreserve“ werden nicht benötigt<br />
Einsparung von Brennstoff und damit CO 2<br />
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Prof. Dr.- Ing. Michael Igel<br />
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Projektpl<strong>an</strong>ung – Aktueller St<strong>an</strong>d<br />
<strong>ZEREN</strong> - <strong>Zuverlässige</strong> <strong>Einspeisung</strong> <strong>regenerativer</strong> <strong>Energie</strong><br />
Laufzeit des FuE-Projektes: 2 Jahre (2006 + 2007)<br />
Hochschule für<br />
Technik und Wirtschaft<br />
des Saarl<strong>an</strong>des<br />
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1. Best<strong>an</strong>dsaufnahme <strong>der</strong> heute üblichen Strategien (20kV , >110kV offen)<br />
50%<br />
2. Entwicklung geeigneter numerischer Modelle für eine Windkraft<strong>an</strong>lage<br />
und das elektrische <strong>Energie</strong>versorgungsnetz, Implementierung <strong>der</strong><br />
Modelle mit Hilfe des Simulationssystems ATP/EMTP<br />
50%<br />
3. Nachbildung von Teilen des saarländischen <strong>Energie</strong>versorgungsnetzes,<br />
Simulation <strong>der</strong> unter Nr. 1 <strong>an</strong>alysierten Szenarien<br />
50%<br />
4. Einbindung <strong>der</strong> Kurzzeitspeicher in die unter Nr. 1 <strong>an</strong>alysierten<br />
Szenarien, Optimierung des Kurzzeitspeichers inkl. <strong>der</strong> benötigten<br />
Leistungselektronik, Simulation <strong>der</strong> Szenarien<br />
0%<br />
5. Machbarkeitsstudie zur technischen Realisierung <strong>der</strong> Kurzzeitspeicher<br />
und <strong>der</strong>en leistungselektronischer Anbindung <strong>der</strong> Anlage <strong>an</strong> das<br />
<strong>Energie</strong>versorgungsnetz mit dem Simulationsprogramm Simplorer ®<br />
0%<br />
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Windpark Freisen und Sp<strong>an</strong>nungshaltung<br />
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44km<br />
44km<br />
17km<br />
40km<br />
24km<br />
12km<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
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Technik und Wirtschaft<br />
des Saarl<strong>an</strong>des<br />
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Sicherstellung <strong>der</strong><br />
Sp<strong>an</strong>nungshaltung<br />
(EN50160: 230V ±10%)<br />
Windkraft speist ins 20kV-<br />
Netz<br />
Leistungstr<strong>an</strong>sport im<br />
Saarl<strong>an</strong>d über 110kV-Netz<br />
Im 20kV-Netz sind keine<br />
Einrichtungen zur<br />
Sp<strong>an</strong>nungsregelung<br />
Hohe Sp<strong>an</strong>nung Hohe<br />
Leistungsaufnahme<br />
P = U 2 / R : ∆U = 10%<br />
∆P = 21%<br />
Notfalls: Windkraft<strong>an</strong>lagen<br />
vom Netz trennen<br />
Es fehlen Zwischenspeicher<br />
zur Aufnahme elektrischer<br />
Wirkenergie im 20kV-Netz<br />
⧖<br />
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Dateneingabe – 20kV-Netz mit Windpark<br />
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Betriebsmittel<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
50 Leitungen<br />
30 Tr<strong>an</strong>sformatoren<br />
40 Messstellen<br />
30 Verbraucher<br />
(Haushalte)<br />
Aktuelle Aufgaben<br />
<br />
<br />
Messung <strong>der</strong> Lastprofile<br />
von Industriebetrieben<br />
Entwicklung von<br />
Modellen zur<br />
Nachbildung von<br />
Lastprofilen<br />
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Entwicklung <strong>der</strong> Simulationstechnik<br />
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Berechnung <strong>der</strong> Sp<strong>an</strong>nungen<br />
und Ströme<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Stationärer Fall<br />
Berechnung von U und I<br />
Darstellung in Tooltips<br />
Überwachung von<br />
Überstrom I><br />
Untersp<strong>an</strong>nung U<<br />
Übersp<strong>an</strong>nung U><br />
Basis für systematische<br />
Untersuchungen <strong>der</strong><br />
Netzzustände<br />
Wo ist <strong>der</strong> günstigste Ort für<br />
die Zwischenspeicher ?<br />
Wie müssen die<br />
Zwischenspeicher<br />
dimensioniert und<br />
<strong>an</strong>gebunden werden ?<br />
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t<br />
t<br />
Maßnahmen zur Sp<strong>an</strong>nungshaltung<br />
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Blindleistungkompensation mittels Kondensator und<br />
Umrichtertechnik<br />
S1<br />
S4<br />
S5<br />
Schaltung in Simplorer simuliert<br />
TR1<br />
TR3<br />
TR5<br />
L1<br />
VM1<br />
+<br />
V<br />
Weitere Aufgaben:<br />
<br />
<br />
Optimierung <strong>der</strong> Pulsmuster<br />
Verifizierung im Zusammenspiel<br />
mit dem Netz<br />
C1<br />
S2<br />
TR2<br />
S3<br />
TR4<br />
S6<br />
TR6<br />
L2<br />
L3<br />
350u<br />
350u<br />
Io<br />
350u<br />
ET1<br />
tET2<br />
ET3<br />
Einspeisen reiner Wirkleistung<br />
P<br />
Einspeisen kapazitiver Blindleistung<br />
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Maßnahmen zur Sp<strong>an</strong>nungshaltung<br />
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Blindleistungkompensation (Ergebnis aus ATP und SIMPLORER ® )<br />
30000<br />
U Netz<br />
25000<br />
20000<br />
15000<br />
Erhöhte Sp<strong>an</strong>nung<br />
durch <strong>Einspeisung</strong><br />
von Wirkleistung<br />
10000<br />
5000<br />
U (ind) [V]<br />
U(kap) [V]<br />
Unetz(+6)%<br />
Unetz(-10%)<br />
0<br />
0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1<br />
cos(phi)<br />
Durch Blindleistungssteuerung k<strong>an</strong>n die Sp<strong>an</strong>nung<br />
geregelt werden ! Weitere Aufgaben:<br />
<br />
<br />
Kondensatorauslegung bei<br />
Blindleistungssteuerung<br />
Untersuchung <strong>der</strong> Wirkleistungssteuerung<br />
mit Kondensatorauslegung<br />
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Der Kurzzeitspeicher<br />
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ICE-Kondensator:<br />
1mF / 3220V<br />
Ultra-Cap:<br />
200F / 14V<br />
Volumen: 30,3 dm 3<br />
Volumen: 3,8 dm 3<br />
Ladung: 3,2 C<br />
Ladung: 2800 C<br />
<strong>Energie</strong>inhalt: 5,12 kJ<br />
<strong>Energie</strong>inhalt: 39 kJ<br />
Ultra-Cap: 8 x kleiner und 8 x mehr <strong>Energie</strong>inhalt !<br />
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Ausblick 2007: Der Kurzzeitspeicher<br />
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Untersuchung des dynamischen Verhaltens (bis März 2007)<br />
Testschaltung entworfen<br />
und aufgebaut<br />
Optimierung notwendig<br />
Ziel: Vollständiges<br />
Ersatzschaltbild<br />
R R<br />
I C<br />
L R<br />
U LL<br />
I SE<br />
U C<br />
R P<br />
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Ausblick 2007: Netzdynamik<br />
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⧖<br />
Schaltsp<strong>an</strong>nung ca. 100%<br />
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D<strong>an</strong>ke für Ihre Aufmerksamkeit.<br />
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