Energietechnik Teil 3 Angebot und Nachfrage Stephan Rupp
Energietechnik Teil 3 – Angebot und Nachfrage Stephan Rupp www. dhbw-stuttgart. de Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Inhalt Angebot und Nachfrage - Regelungstechnik im Netz • Übersicht • Spannungsregelung • Leistungsregelung • Wirtschaftliches Umfeld Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 2 5. Semester, Elektrotechnik
Funktionsprinzip der Regelung Lastfluss Leistungsregelung ∿ ÜN Synchrongeneratoren VN ÜN Spannungsregelung Wechselrichter ON ON • Leistungsregelung: nahe der Einspeisung (ÜN) • Spannungsregelung: bis nahe an den Verbraucher Energietechnik, Teil 3, S. Rupp VN 3 Legende: ÜN: Übertragungsnetz (380 k. V/220 k. V) VN: Verteilnetz (110 k. V, 20 k. V) ON: Ortsnetz (400 V) 5. Semester, Elektrotechnik
Informations- und Regelungstechnik Netzleitstelle Leitsystem *) Fernwirken Stationsebene Feldgeräte auf Stationsebene Feld Stationsleitgerät Stationsbus Bayebene Primärgerät (Trafo) Feldleitgerät Feldgeräte Feldbus Schutz RTU **) I/O Energietechnik, Teil 3, S. Rupp I/O 4 *) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition) **) RTU: Remote Terminal Unit (abgesetzte Einheit) 5. Semester, Elektrotechnik
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Regelung am Transformator Druckentlastung Temperatursensoren für OLTC-Monitoring Buchholzrelais Spannungsmessung mit Spitzenwertdetektion Digitale Öltemperatursensoren Ölstandmessung Luftströmungswächter Ventilatoren Verbundisolatoren für Durchführungen Gestänge Laststrommessung mit Spitzenwertdetektion Ölfeuchte Luftentfeuchter Stufenschalter (Stellglied) Elektronische Wicklungstemperaturberechnung Ölströmungsmessung im Zu-/Ablauf Wicklungs- und Ölthermometer „Gas in Öl“-Sensor Monitoringsystem Transformator Energietechnik, Teil 3, S. Rupp Motorantrieb, Regelung, Überwachung 6 Elektronische Spannungsregler Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen 5. Semester, Elektrotechnik
Laststufenschalter Funktionsprinzip Stufenwähler (Tap Selector) Lastumschalter (Diverter Switch) Animation Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 7 5. Semester, Elektrotechnik
Spannungsregelung Spannung ist abhängig vom Lastzustand • Spannungsabfall bei erhöhter Last (an der Impedanz des Netzes) • Spannungsanstieg bei niedriger Last bzw. bei Einspeisung Überwachung Störgröße Regelstrecke Netzlast Stelleinrichtung Laststufenschalter ED Regelgröße Netzspannung Messeinrichtung Regeltransformator I U Messwandler Regler VACUTAP® Spannungsregler Energietechnik, Teil 3, S. Rupp Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen 8 Sollwert Netzspannung 5. Semester, Elektrotechnik
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Leistungsregelung Angebot und Nachfrage Erzeugung Verbrauch Leistungsregelung = Anpassung der erzeugten Leistung an die benötigte Leistung Ausgleich durch Regelung der Einspeiseleistung von konventionellen Kraftwerken. Probleme bei einem Ungleichgewicht: Verbrauch Erzeugung • Absinken oder Steigen der Netzfrequenz • Funktionsbeeinträchtigung elektrischer Geräte • Ausfall von Teilnetzen • Ausfall der kompletten Stromversorgung Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 10 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz Funktionsprinzip: Verbund der Synchrongeneratoren • f/P-Kennlinie eines Generators • → Lastzunahme bewirkt ein absinken der Frequenz • Proportionalverhalten durch Statikaufschaltung des Generators Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 11 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz Parallelbetrieb zweier Generatoren • Generatoren arbeiten im Allgemeinen parallel in einem Netz • Die Statik bestimmt die Zuordnung von Drehzahl und Wirkleistung Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 12 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz Kollektive Aufteilung bei Laständerungen Änderung der Netzfrequenz • Die Last wird im Verhältnis zur Statik aufgeteilt, d. h. passend zum Leistungsvermögen der Generatoren => Primärregelung Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 13 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz Ausgleich der außerplanmäßigen Laständerung • Durch Verstellen des Drehzahlsollwerts erfolgt Anpassung an die Lastabweichung => Sekundärregelung (durch Generator 2) • Die Primärregelung wird abgelöst. Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 14 5. Semester, Elektrotechnik
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Übertragungsnetz • Übertragungsnetzbetreiber – Regelzonen – Anpassung von Angebot und Nachfrage an elektrischer Leistung: Leistungsregelung • Konzept – Planung: Netzfahrplan – Planabweichungen dynamisch ausregeln Quelle: Netzentwicklungsplan. de Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 16 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld Regelzonen in Deutschland Aufteilung in sechs Regelzonen unter der Führung der Übertragungsnetzbetreiber P Aus • Innerhalb einer Regelzone muss Gleichgewicht zwischen Ein- und Ausspeisungen herrschen! PEin - P Aus = 0 Aufgaben der Übertragungsnetzbetreiber: PEin • Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch anhand von Prognosen • Vorhaltung von Regelleistung für den Ausgleich von Prognoseabweichungen Quelle: Commons, Wikimedia, F. Mc. Lloyd Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 17 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld Regelleistung • Übertragungsnetzbetreiber kaufen von Kraftwerksbetreibern (EVUs) im Vorfeld Regelleistung ein, die sie bei Bedarf abrufen können. • Die vorgehaltene Leistung wird unterteilt in: Quelle: A. Kamper, Scientific Publishing • Um Regelleistung bereitstellen zu dürfen, müssen die Kraftwerksbetreiber bestimmte Voraussetzungen erfüllen Präqualifikationsverfahren Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 18 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung Beispiel 120 s 200 s Quelle: Amprion Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 19 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld Lastprognose des Bilanzkreises (Plan) P 0 6 12 18 24 h Bilanzkreis ÜNB Energietechnik, Teil 3, S. Rupp PErz. - P Verbr. = 0 20 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld Planabweichungen werden untereinander abgerechnet Quelle: Energieversorgung. de Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 21 5. Semester, Elektrotechnik
Einflüsse erneuerbarer Energien Technische Randbedingungen • Wind und PV speisen nicht kontinuierlich ein • Regelung durch konventionelle Kraftwerke keine dauerhafte Lösung • Ausbau der Transportkapazität erforderlich (Nord-Süd) • Stellenweise Lastflussumkehr im Netz • Einsatz von Speichertechnologien zur Primärregelung Regulatorische Anforderungen • Teilnahme EE in der Regelenergie (z. B. im Verbund) • Neue Rollen für Verteilnetzbetreiber Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 22 5. Semester, Elektrotechnik
Energietechnik ENDE Teil 3 Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 23 5. Semester, Elektrotechnik
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