Die Güte der Elektrizität von Windenergieanlagen

Inhaltsverzeichnis

Projekttagebuch/Teil I

Projekttagebuch/Teil II

Einleitung

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Problemstellung

Der Asynchrongenerator

Der doppelt eingespeiste Asynchrongenerator

Der Synchrongenerator

Arbeitweise von Wechselrichtern

Netzrückwirkungen

Wie entstehen Spannungsschwankungen

Spannungsschwankungen und Flicker an WEA

Was ist Flicker

Windgeschwindigkeiten

Pitch- und Stallregelung

Turmstau- und Turmschatteneffekt

Schalthandlungen

Periodische Leistungsschwankungen

Leistungsschwankungen bei Einzelanlagen und Windparks

Turbulenzintensität

Fazit

Danksagung

Literaturverzeichnis

Schriftliche Erklärung

Projekttagebuch/Teil I

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Projekttagebuch/Teil II

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Einleitung

Anlagen zur Einspeisung von Elektroenergie in das öffentliche Netz müssen den jeweiligen Netzverhältnissen angepasst werden. Die Netzeigenschaften ergeben sich aus dem Netzaufbau (Kraftwerke, Übertragungssysteme) und besonders in schwachen Netzen den angeschlossenen Verbrauchern. Die Struktur der Verbraucher unterliegt kurzzeitigen Veränderungen. Ziel ist es, den manuellen Aufwand zur Anpassung der Netzregelung zu minimieren. Dazu sind Konzepte für selbsteinstellende bzw. adaptive Netzregler erforderlich. Anpassung an den Netzeigenschaften bedeutet hier: Sicherung der Stabilität, Optimierung des Blindleistungshaushaltes und Unterdrückung von Oberschwingungen und Unsymmetrie im Netz.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das Ziel des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien ist, im Interesse des Klima- und Umweltschutzes eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen und den Betrag Erneuerbaren Energien an der Stromversorgung deutlich zu erhöhen, um entsprechend den Zielen der Europäischen Union und der Bundesrepublik Deutschland den Anteil Erneuerbaren Energien am gesamten Energieverbrauch bis zum Jahr 2010 mindestens zu verdoppeln.

Das EEG verpflichtet die Netzbetreiber, regenerativ erzeugten Strom aufzunehmen und 20 Jahre lang zu gesetzlich festgelegten Mindestpreisen zu vergüten (Kaufpflicht). Die Höhe der Vergütung richtet sich jeweils nach dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anlage. Für Strom aus der Windkraft erhält man 9,0 Cent pro kWh für mindestens die ersten 5 Jahre, 6,1 Cent pro kWh nach Erreichen eines Referenzvertrages. Der Referenzvertrag wird aufgrund der in den ersten 5 Jahren eingespeisten Strommenge ermittelt. Dadurch reduziert sich der Vergütungssatz an windreichen Standorten schneller als an anderen Standorten.

Problemstellung

Windenergieanlagen (WEA) arbeiten aufgrund ihrer erhöhten Wirtschaftlichkeit bei garantierter Einspeisevergütung nach dem EEG hauptsächlich mit netzgekoppelten Generatoren. Aufgrund der Arbeitsweise der eingesetzten Leistungselektronik wird das Netz beeinflusst. Diese Beeinflussungen werden als Netzrückwirkungen bezeichnet. Die Arten der Netzrückwirkungen, ihre Ursachen, Kennwerte, Grenzwerte und mögliche Maßnahmen zu ihrer Verminderung sollen hier näher erläutert werden.

Die Bewertung der Netzrückwirkungen ist für die Energieversorgungsunternehmen (EVU) sowie für die Hersteller und Betreiber von WEA von Interesse, da die Netzanschlussleistung auch von der Höhe des Störpegels abhängt.

Windenergieanlagen werden aufgrund der höheren Energieausbeute vorzugsweise mit variabler Drehzahl betrieben. Bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten sind variable Rotordrehzahlen der WEA erforderlich, um dem Wind die maximal mögliche Leistung entnehmen zu können. Der Generator muss drehzahlvariabel arbeiten.

Zur Anpassung der Generatordrehzahl an die Windgeschwindigkeit wird ein Wechselrichter als gesteuerter Gleichrichter eingesetzt, mit dem eine generatorseitige Frequenzanpassung realisiert wird. Die Kopplung der WEA mit dem Versorgungsnetz wird ebenfalls mit einem Wechselrichter realisiert. Dieser Netzwechselrichter passt die Form der in der WEA umwandelten und im Spannungszwischenkreis gespeicherten Energie an die Netzverhältnisse an. Die Kombination zweier Wechselrichter wird als Umrichter bezeichnet.

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Abb. 1: Aufbau einer WEA mit Asynchrongenerator

Abb. 1 zeigt das Grundprinzip der WEA Netzkopplung mit einem Umrichter. Werden, wie bei fast allen Umrichtern an WEA, Kondensatoren als Speicherglieder zwischen den Wechselrichtern eingesetzt, handelt es sich um Spannungszwischenkreis-Umrichter. Leistungsstarke WEA werden anlagennah über einen Transformator an das Mittelspannungsnetz angeschlossen. Windparks speisen aufgrund ihrer hohen Leistung meist in das Hochspannungsnetz ein. Der Einspeisepunkt wird je nach Netzauslastung vom EVU vorgegeben.

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