Bereitstellung und kombinierter Einsatz von schnellen Regelleistungen im kontinentaleuropäischen Verbundnetz

Abstract

In den vergangenen Jahren wurden die Auswirkungen des Klimawandels, in Form von extremen Wetterereignissen sowie Veränderungen unseres Planeten, zunehmend wahrnehmbar. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, werden vor allem im Energiesektor immer mehr Anstrengungen unternommen, um die Erzeugung, den Transport sowie den Verbrauch elektrischer Energie möglichst umweltschonend zu gestalten. Diese Bemühungen beziehen sich neben etwaigen Effizienzsteigerungen vor allem auf den Ausbau von erneuerbaren Energieerzeugern, wie Wind und Photovoltaik. Da solche erneuerbaren Energieerzeuger einen hohen Grad an Volatilität ins System bringen und meist keinen wesentlichen Beitrag zur Systemstabilität leisten, stellt ihre erfolgreiche Integration eine große Herausforderung für die Aufrechterhaltung der Frequenzstabilität des Systems dar.Diese Dissertation behandelt mit der Einführung von schnellen Regelleistungen eine Möglichkeit, um die Frequenzstabilität im kontinentaleuropäischen Verbundnetz trotz der voranschreitenden Transformation des Systems auch zukünftig gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck werden vier verschiedene schnelle Regelleistungen vorgestellt und in Bezug auf deren Auslegung und Parametrierung im Detail untersucht. Darüber hinaus wird auch eine Betrachtung des kombinierten Einsatzes dieser schnellen Regelleistungen sowie der sich aus Sicht der erbringenden Anlagen ergebenden Anforderungen vorgenommen. Schließlich werden in dieser Arbeit, aufgrund ihres großen Einflusses auf die Systemstabilität, auch sogenannte Deterministic Frequency Deviations sowie mögliche Maßnahmen gegen diese betrachtet.Die enge Verknüpfung der in dieser Arbeit betrachteten Fragestellungen mit verschiedenen Forschungsprojekten sowie die Implementierung von ähnlichen hochdynamischen Regelleistungen in anderen Synchrongebieten zeigen die praktische Relevanz dieser Untersuchungen. Entsprechend sollen die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse als Ausgangspunkt für die Auslegung, Parametrierung und Integration von neuen schnellen Regelleistungsprodukten im kontinentaleuropäischen Verbundsystem dienen.

The extreme weather conditions as well as the changing landscape of our planet in recent years have made the effects of the ongoing climate change increasingly evident. In order to counteract this development sizeable efforts are being made, especially in the energy sector. The main goal of these actions is to make the generation, transport, and consumption of electricity as environmentally friendly as possible. The means to achieve these goals include efficiency improvements as well as a substantial extension of renewable energy sources, such as wind and solar energy. However, since renewable energy sources introduce a high degree of volatility into the system and they usually do not contribute to system inertia, their successful integration poses a major challenge for maintaining frequency stability.This thesis proposes the introduction of fast frequency control services as a way to cope with the ongoing transformation of the system and to ensure future frequency stability in the synchronous area Continental Europe. For this purpose, four different fast frequency control services are presented and examined in detail with regard to their design and parametrization. Furthermore, this thesis investigates the combined use of these fast frequency control services as well as the resulting requirements from the point of view of the providing units. Finally, due to their impact on system stability, this thesis also considers so-called Deterministic Frequency Deviations and possible measures against them.The practical relevance of the conducted investigations in this thesis is underlined by the research projects connected to it, as well as the implementation of similar highly dynamic frequency control services in other synchronous areas. Therefore, the results of this thesis shall serve as a starting point for the design, parametrization, and integration of new fast frequency control services in the synchronous area Continental Europe.