Bereithaltung und Lieferung von Sekundärregelreserve durch Windkraftanlagen

Abstract

With the growth of renewable energy sources, in particular the strong expansion of wind turbines faces new challenges for the energy system. With the expected growth of renewable energy sources, the amount of variable and weather-dependent Energy input to the electricity system increases, and the increasing forecasting error increases with it, and more balancing energy is needful. Renewable energy sources as wind energy converter can play a key role of the energy system change. In the first chapter of this diploma thesis, an overview over the state of the art is given, at the certain point of time the thesis was written. In a brief outline, the legal bases, the so-called network codes of the European Commission, are listed in the subcategories of connection conditions, the market and network operation. The European and national regulations form the basis for the design of the energy balancing markets. The specifics of the balancing energy markets, the balancing tenders and the conditions of participation are explained. In the European and world-wide comparison, the Austrian developments have a similar origin of the challenges. The development of control energy supply by wind turbines and the general conditions vary greatly from country to country. The second chapter introduces the research methodology, which deals individually with the most important specific issues that arise at balancing energy with wind turbines. The participation of wind turbines in ancillary servicessuch as frequency restoration reserve requires solutions to wind-specific problems. A big challenge is the determination of the supply quantity, and the reliability associated with the supply quantity. The reliability of control energy provision is a decisive criterion in weather-dependent generation plants such as wind turbines, which can be increased by measures. As a provisioning method, the possible feed-in capacity of wind turbines is examined. The verification procedure of the possible feed-in capacityinto the grid represents another challenge for the participation of wind turbines in energy balancing markets. Compared to schedule-based generation plants, the possible feed-in capacity as a reference value must be proven for wind turbines. The error between the volatile wind measurement and the fluctuating wind turbine power ratesthe used method. The work is finalized in the third chapter with the evaluation of the test results. Both percentage and absolute deduction methods are presented, as well as strategies in which statistical variables are included in the calculation. The possible feed in power can be approximated very well by a suitable remodelling method of the measured wind speed. Pooling and choosing an appropriate supply quantity strategy can increase the amount of the supply and its reliability. The yield opportunities of the automatic frequency restoration reserve are explained with the current market situation, in order to give a feeling for the economic efficiency of wind power plants on these markets. The wind turbines of the wind farm A and the wind farm B of EVN Naturkraft serve as test assets.

Der Ausbau der Erneuerbaren Erzeugungsanlagen, im Speziellen der starke Ausbau der Windkraftanlagen, stellen das Energiesystem vor neue Herausforderungen. Der Ausbau der Erzeugungsleistung und die einhergehende Erhöhung der Prognoseabweichungen der volatilen Windkrafterzeugung steigern den Bedarf an Regelenergie. In einem sich wandelnden Energiesystem hin zu mehr Erneuerbaren Energieträgern könnte die Bereitstellung von Regelenergie durch Windkraftanlagen einen wichtigen Teil zur Versorgungssicherheit beitragen. Das erste Kapitel der vorliegenden Diplomarbeit gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand der Technik, der zum Zeitpunkt der Erstellung vorlag. In einem knappen Umriss werden die rechtlichen Grundlagen, der sogenannten Netzwerkkodizes der Europäischen Kommission, in den Unterkategorien der Anschlussbedingungen, des Marktes und des Netzbetriebes angeführt. Die europäischen und nationalen Vorgaben bilden die Basis für Ausgestaltung der Regelenergiemärkte. Die Spezifika der Regelenergiemärkte, der Ausschreibungen und der Teilnahmebedingungen werden erläutert. Im europäischen und weltweiten Vergleich, haben auch die österreichischen Entwicklungen einen ähnlichen Ursprung der Herausforderungen, die Entwicklung von Regelenergiebereitstellung durch Windkraftanlagen und die Rahmenbedingungen unterscheiden sich jedoch stark von Land zu Land. Im zweiten Kapitel wird die Untersuchungsmethodik vorgestellt, die individuell auf die wichtigsten spezifischen Fragestellungen eingeht, die bei Regelenergie mit Windkraftanlagen auftreten. Für die Teilnahme von Windkraftanlagen an Systemdienstdienstleistungen wie Regelenergie, bedarf es an Lösungen von windspezifischen Problemstellungen. Eine große Herausforderung ist die Bestimmung der Angebotsmenge, und der mit der Angebotsmenge in Zusammenhang stehende Begriff der Zuverlässigkeit. Die Wahrscheinlichkeit der Treffsicherheit der Prognose ist bei wetterabhängigen Erzeugungsanlagen wie Windkraftanlagen ein entscheidendes Kriterium, das durch Maßnahmen erhöht werden kann. Das Nachweisverfahren der möglichen Einspeiseleistung stellt eine weitere Herausforderung für die Teilnahme von Windkraftanlagen an Regelenergiemärkten dar, die mit physikalischen Modellen der Leistungskurve behandelt wird. Im Vergleich zu fahrplanbasierten Erzeugungsanlagen, ist bei Windkraftanlagen die mögliche Einspeisung als Referenzwert nachzuweisen. Der Fehler zwischen volatiler Windmessung und schwankender Erzeugungsleistung der Windkraftanlagen bewertet die Methode des verwendeten Verfahrens. Finalisiert wird die Arbeit im dritten Kapitel mit der Auswertung der Versuchsergebnisse. Es werden prozentuellen und absoluten Abschlagverfahren vorgestellt, und auch Strategien, bei denen statistische Größen mit in die Berechnung einfließen. Die Mögliche Einspeisung kann über die gemessene Windgeschwindigkeit und ein geeignetes Verfahren sehr gut approximiert werden. Durch Pooling und durch die Wahl einer geeigneten Strategie der Angebotsmenge kann die Angebotsmenge und die Zuverlässigkeit gesteigert werden. Die Ertragschancen mit Sekundärregelleistung werden vom Ausgangspunkt der aktuellen Marktsituation erläutert, um ein Gefühl für die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen für Regelenergie zu geben. Als Versuchsanlagen dienen die Windkraftanlagen des Windparks A und des Windparks B der EVN Naturkraft.