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Das Hybridkraftwerk kombiniert Photovoltaik, Wind und Dieselgenerator.
© Belectric GmbH
Photovoltaik-Kraftwerk
Projektinfo 13/2018

Ein 2017 in Betrieb genommenes Hybridkraftwerk am Horn von Afrika: Es besteht aus einer 500 kW-Peak PV-Anlage in Ost-West-Ausrichtung, einem Blei-Batteriespeicher mit 1.000 kWh und Dieselgeneratoren mit 300 kVA.
© Belectric GmbH

Möglichkeiten der Regelung und Netzstabilisierung durch Wechselrichter
© Fraunhofer ISE
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Photovoltaik wird netzdienlich

Der Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz wächst weiter. Zukünftige Photovoltaik-Kraftwerke müssen deshalb zusätzlich zur Stromerzeugung auch verstärkt dazu beitragen, Schwankungen zwischen Angebot und Nachfrage auszugleichen: Sie müssen Funktionen zur Stabilisierung des Stromnetzes übernehmen, die bisher von konventionellen Kraftwerken erbracht werden. Wie eine zuverlässige Stromversorgung mit einem Hybridkraftwerk, das Photovoltaik und fossile Stromerzeugung optimal kombiniert, umgesetzt werden kann, untersuchten Forscher im Projekt Zukunftskraftwerk PV.

Als wichtigste technische Neuerung soll das Zukunftskraftwerk PV Aufgaben wie die Netzführung in der Stromversorgung übernehmen und hierbei konventionelle Kraftwerke ersetzen können. Dafür ergänzten und veränderten die Forscher in einem von PV-Projektentwickler Belectric koordinierten Projekt die Technik und Steuerung der neuen PV-Kraftwerke: Diese erweiterten sie um Batteriespeicher, rüsteten die PV-Wechselrichter für den dualen Betrieb mit PV und Batterie auf, integrierten Dieselgeneratoren oder Blockheizkraftwerke und entwickelten neue Planungs- und Steuerungssoftware. Ziel war, mit diesen Anlagen sowohl Leistung für das Netz als auch verschiedene Netzdienstleistungen bereitstellen zu können. Außerdem wollen die Projektpartner die System- und Betriebskosten dieser Kraftwerke senken sowie deren Leistung und Langlebigkeit verbessern. In die Entwicklungen fließen die Erfahrungen aus dem Bau und Betrieb etlicher kleinerer Hybridkraftwerke in unterschiedlichen Ländern ein. Diese sind bisher auf externe Netzstellung und Regelreserve angewiesen, zum Beispiel mittels Dieselgenerator oder Wasserkraftwerk. Nach den Wünschen von Netzbetreibern sollen die neuen PV-Kraftwerke eine breite Aufgabenpalette bewältigen: Sie sollen konventionelle Stromerzeuger und deren Regelfunktionen zumindest zeitweise vollständig ersetzen, um den Verbrauch fossiler Energien zu reduzieren; darüber hinaus sollen sie die Netzführung in lokalen Netzen und damit die alleinige Versorgung ganzer Landstriche komplett übernehmen können. Die Forscher entwickelten ein messdatenbasiertes System, mit dem sie die Bereitstelleng von Systemdienstleistungen durch PV und Batterie sicherstellen können, ebenso den nahtlosen Wechsel der Teilkomponenten zwischen netzstellendem und netzfolgendem Betrieb.

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PV-Hybrid-Kraftwerke für autonome Netze

Während PV-Kraftwerke in Europa derzeit noch in ein von konventionellen Kraftwerken geprägtes, starres Netz einspeisen, haben sie in schwachen Netzen und Inselanlagen bereits heute einen starken Einfluss auf die Systemstabilität. Durch den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien im Netz sollen sie verstärkt netzstabilisierende und netzbildende Eigenschaften einbringen. Dafür bringen PV-Freiflächenkraftwerke gute Voraussetzungen mit. Sie sind groß genug, um in die Anlagensteuerungs- und Überwachungs-Systeme der Energieversorger integriert zu werden.

Die Entwickler untersuchten im ersten Schritt Prinzipien und Komponenten für kleine, teils autonome, Netze in Zukunftsmärkten. Die dafür ausgelegten neuen Hybridkraftwerke müssen jederzeit Leistung bereitstellen. Batteriespeicher ergänzen deshalb die Photovoltaik-Anlagen. Die ersten hatten eine Größenordnung um 1 MWh, aktuelle Lithium Ionen Energiespeicherkraftwerke haben einige Dutzend MWh. Darüber hinaus lassen sich klassische Erzeuger wie Diesel- und Gasaggregate für den Einsatz in einem Hybridkraftwerk anpassen. Außerdem lassen sie sich bei Spitzenlasten zur Leistungsunterstützung einsetzen.

Ein solches Hybridkraftwerk bauten die Ingenieure am Horn von Afrika auf. Sie legten die Kombination von PV, Batterie und Dieselaggregat mit dem Ziel aus, Treibstoffverbrauch und Stromgestehungskosten möglichst niedrig zu halten. Im Tagesschnitt stammen etwa 80% der gesamten Energie aus der erneuerbaren Quelle. Aufgrund der netzerhaltenden Betriebsweise der Batteriewechselrichter läuft das Dieselaggregat nur noch im Nachtbetrieb an. Es konnte dadurch kleiner ausgelegt werden, und seine Lebensdauer erhöht sich. Beides hilft, Kosten zu sparen.

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Adressen

Projektleitung, Hybridkraftwerkssteuerung
Belectric GmbH

Simulationstool für Hybridkraftwerke
BTU Cottbus

Zentralwechselrichter mit erweiterter Funktionalität
GE Energy Power Conversion GmbH

Dynamische Regelung von Wechselrichern und Mircogrid-Tests
Fraunhofer ISE

Simulationsmodelle für Dieselaggregate
MTU Friedrichshafen GmbH

Regelung, Steuerung und Überwachung von Hybridkraftwerken
Padcon GmbH

Service

BINE Projektinfo 13/2018
(PDF, 4 Seiten, 260 kB)

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