Netzintegration von Offshore-Großwindanlagen - Grundlast von der Nordsee

Ausgehend von dem Ziel der Bundesregierung, zur Reduzierung der CO₂-Emissionen die Stromerzeugung aus Windenergie in den nächsten Jahren auszubauen, soll verstärkt Windenergie auf See erzeugt werden. Eine besondere Herausforderung ist die Integration der Windstrommengen in das Stromnetz an Land.

Kernaufgabe bei der Reduzierung von CO₂–Emissionen ist eine verstärkte Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Eine besondere Bedeutung hat hierbei die Windenergie. Nach einer aktuellen Studie könnten durch sie elf Milliarden Tonnen CO₂ bis 2020 eingespart werden. Die Windenergie unterliegt aber einer witterungsabhängigen Erzeugung, d.h. die Stromerzeugung ist starken tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen, was durch die Einspeisung positiver oder negativer Regelenergie, meist aus konventionellen Kraftwerken, ausgeglichen werden muss.

Durch die Integration unterschiedlicher Ressourcen zur Netzanbindung sind die durch die Windfluktuationen entstehenden Nachteile in der Belastung und Ausnutzung des Netzes durch eine Vergleichmäßigung des Energieangebotes bereits an der Energiequelle zu beseitigen. Dadurch wird eine gute Ausnutzung der elektrischen Übertragungsleitung gewährleistet.

Das Clausthaler Konzept sieht vor, dass die Schwierigkeiten für einen Offshore-Windpark, wie die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen der Windenergie und folglich die Vorhaltung der Reserven für den Netzbetrieb hinsichtlich Frequenz- und Spannungshaltung (Vorrangregelung), gelöst werden. Mit einem integrierten Einsatz von Windkraft, Kavernenbau, Gaslagerstätten, Schwachgasverstromung und Gaskraftwerk kann eine regenerative Energieerzeugung offshore erfolgen, so dass das Verbundnetz mit Grundlast von der Nordsee versorgt wird.

Das bedeutet, dass die fluktuierende Offshore-Windenergie-Produktion gleichmäßiger nutzbar wird durch

• Beistellung einer windunabhängigen Energiequelle durch Verstromung von Erdgas, um bei fehlendem Wind weiterhin Energie erzeugen zu können und/oder

• Absorption von Überschuss-Leistung in Zeiten starken Windaufkommens bei gleichzeitig geringer Last durch Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerke und die zeitversetzte Erzeugung bei hoher Nachfrage.

Langfristig soll in einem Verbund aus Windenergie, Druckluftkavernen und Schwachgasvorkommen im deutschen Nordseebereich ein abgestimmtes Konzept unterschiedlicher Ressourcen zur Netzintegration von Offshore-Windkraftleistung entstehen.

Die Einzelkomponenten innerhalb des Clausthaler Konzeptes (Offshore-Windpark, Untertagedruckluftspeicher, Schwachgas) können an unterschiedlichen Orten (Offshore/Onshore) betrieben werden und müssen auf elektrischem Wege (Drehstrom/ HGÜ) gekoppelt werden um eine Netzintegration zu ermöglichen. Dabei ist die Größe/Leistung von Windpark, Gaskraftwerk, Speicher und Transport-Leitung besonders zu berücksichtigen.

Zur kompatiblen Einbindung der Summenleistung, die durch ein Management-System entsprechend den technisch-wirtschaftlichen Randbedingungen gesteuert werden muss, ist die Abstützung der Teilsysteme bezüglich Energieinhalt und Leistung von entscheidender Bedeutung. Um das System hinsichtlich Kosten zu optimieren muss eine technisch funktionsfähige Lösung gefunden werden, die anschließend wirtschaftlich zu bewerten ist.

Großen Einfluss hat auch die Standortfrage der einzelnen Komponenten Windkraft, Schwachgasressource und Kavernen. Denkbar ist die Offshore- und Onshore- Anordnung von Speicher- und Gaskraftwerk, was allerdings unterschiedliche Risiken nach sich zieht. Diese sind ebenso zu bewerten wie die Höhe der Entwicklungskosten,die einen nennenswerten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit ausüben.

Alle Komponenten der Energiesysteme mit Unterstützung der Erkenntnisse aus den anderen Teilprojekten werden modelliert und simuliert, um realitätsnahe Ergebnisse zu liefern. Dabei spielt die Netzintegration eine entscheidende Rolle. Die Simulationsergebnisse bilden auch die Grundlage für die anschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.

Das Projekt startete am 01.12.2006 als Gemeinschaftsprojekt der Arbeitsgemeinschaft Windenergie der Technische Universität Clausthal in Zusammenarbeit mit Wirtschaftsunternehmen. Derzeit laufen Untersuchungen zu den Einsatzmöglichkeiten von On-Shore-Technologien für Off-Shore-Verwendungen

Arbeitsgemeinschaft Windenergie, bestehend aus

• Institut für Aufbereitung und Deponietechnik (IFA)

• Institut für Erdöl- Erdgastechnik (ITE)

• Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik (IEVB)

• Institut für Elektrische Energietechnik (IEE)

• Institut für Maschinenwesen (IMW)

• Institut für Wirtschaftswissenschaft (WiWi)

Das Projekt wird gefördert durch Zuwendungen aus dem Bundeshaushalt, hier des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.

Technische Universität Clausthal
Institut für Elektrische Energietechnik
Leibnizstr. 28
38678 Clausthal-Zellerfeld
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