Die Rolle der Windenergie in der Energiewende: Chancen und Herausforderungen Bernhard Lange, Fraunhofer IWES
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Herausforderung Klimaschutz Globale Emissionspfade Vorgabe: max. globale Emissionen 750 GT CO2
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Globales Potential Erneuerbarer Energien
DLR / UNDP / Harvard Hoogwijk / DLR DLR FAO / WBGU UNDP / DLR UNDP / DLR UNDP
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Transformation des Energieversorgungssystems
Ungenutzt e Abwärme
Genutzte Energie
Quelle: Sterner, 2009 © Fraunhofer IWES
Zubau EE bis 2050 – BMU-Leitstudie 2011
Energie: 260 TWh Leistung: 83 GW
Windenergie als Hauptträger der Stromversorgung
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Inhalt
Energiewende Stand und Potential der Windenergienutzung Ausbaustand Technologieentwicklung Potential Transformation des Energieversorgungssystems Herausforderungen Windleistungsprognosen Steuerung der Windleistung Netzausbau
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Installierte Leistung in D
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Räumliche Verteilung der installierten Leistung
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Ausbau Offshore
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Entwicklung der Anlagengröße 20.000 kW Ø 280m
ww 10.000 kW Ø 150m 5.000 kW Ø 126m
2020
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Größenvergleich
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Größenvergleich
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Größenentwicklung Rotor und Turm
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Entwicklung Verhältnis Rotor zu Leistung
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Entwicklung Verhältnis Höhe zu Leistung
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Going south : wind in forest areas
www.energiewende-sta.de © Fraunhofer IWES
Alte Turmkonzepte kommen zurück…
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…und neue werden entwickelt
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Potenzial in Deutschland 2012:
31 GW 46 TWh
Nutzbare Flächen bei 2% Limit: 189 GW 390 TWh
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Potential Offshore
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Potential Offshore
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Inhalt
Energiewende Stand und Potential der Windenergienutzung Ausbaustand Technologieentwicklung Potential Transformation des Energieversorgungssystems Herausforderungen Windleistungsprognosen Steuerung der Windleistung Netzausbau
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Herausforderungen der Netzintegration
Steuerbar Flexible Standortwahl
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Wetterabhängig Ressourcenabhängige Standortwahl
Herausforderungen der Netzintegration Windleistung ist nicht an den Verbrauch angepasst Zeitlicher und räumlicher Missmatch Beispiel Wetterentwicklung (24 h)
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Phasen der Energiewende P
Frühe Phase
Späte Phase
Erneuerbare/Fluktuierende Quellen
Fossile Quellen
t
P
P Fossile
Überschussenergienutzung
Lokal kann diese Situation heute schon erreicht werden
A
Erneuerbare
Balancing
Fossile
Erneuerbare
t Frühe Phase: Niedriger Level der Erneuerbaren
t Späte Phase: Hoher Level der Erneuerbaren
Überschüsse und Defizite bestimmen die Energieversorgung © Fraunhofer IWES
Netzintegration: Einspeisung 2050
Fluktuationen bei der Stromeinspeisung bestimmen die Energieversorgung
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Herausforderungen der Netzintegration
• Mehr wetterabhängige Erzeugung • Weniger steuerbare Kraftwerke • Zeitweise 100% EE-Strom
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Æ Prognosen unabdingbar Æ Bessere Prognosen Æ Prognose von SDL
Windleistungsprognose Folgetag
Wetterprognosen für die Standorte von rep. Windparks
Numerisches Wettermodell © Fraunhofer IWES
Windleistungsprognosen für die repräsentativen Windparks
Hochrechnung
Windleistungsprognose
Windleistungsprognose Kurzfrist Leistungsmessungen repräsentativer Windparks
Wetterprognosen für die Standorte von rep. Windparks
Numerisches Wettermodell © Fraunhofer IWES
Windmessungen
Windleistungsprognosen für die repräsentativen Windparks
Hochrechnung
Windleistungsprognose
Windparkprognose mit Neuronalen Netzen
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Prognosefehler Windleistung RMSE in % der installierten Leistung für ganz Deutschland
Vorhersagehorizont
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Analyse und Kombination verschiedener Wettervorhersagen
Wettermodelle für Deutschland, Europa und global
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Probabilistische Prognosen
Windleistung in % Nennleistung
Wahrscheinlichkeitsdichte
Keine Punktprognose sondern Wahrscheinlichkeitsverteilungsprognose für jeden Zeitpunkt
Zeit [Quelle: Dissertation A.Baier Fraunhofer IWES]
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Steuerung der Windleistung
Hierarchisches Kontrollsystem Kleinste Einheit: Windeinspeisung in einen Netzknoten = Cluster
ÜNB Cluster Windpark Turbine
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Cluster
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Windpark Cluster Steuerung
Steuerbefehle Windpark Cluster
Monitoring
Wirkleistung
Blindleistung
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Beispiel Wechold: Spannungssteuerung Steuerung von cos ϕ am Windpark…
Source: Enercon Source: Enercon
…führt zu Spannungsänderung von 1,2 kV am UW Wechold (220 kV)
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Beispiel Bertikov: Wirkleistungssteuerung
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Netzausbau Onshore
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Onshore Netzplanung Leistungsflüsse zwischen ÜNB Erzeugung von simulierten Einspeisezeitreihen für alle Onshore-Cluster und Offshore-Windparks für 2008 und 2015 (dena-Szenario) Lastflussberechnung im Übertragungsnetz der Vattenfall Europe Transmission 2008
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2015
Abregelung wegen Netzengpässen
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Offshore Netzplanung
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Fazit
Windenergie bleibt das Arbeitspferd der Energiewende (2050: 40%) Das Potential dafür ist mehr als vorhanden Die technologische Entwicklung ermöglicht neue Standorte (Binnenland, Offshore) Eine Transformation des Energieversorgungssystems ist nötig Die Systemintegration erfordert ein Umdenken in der Energiesystemtechnik Die Netzintegration erfordert einen Ausbau des Stromnetzes
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Vielen Dank für ihr Interesse! Bernhard Lange
[email protected]
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