Entwicklung von Verfahren zur lasergestützten Erfassung des Schwinungsverhaltens von Windkraftanlagen. Schlussberich

In der Elektrizitätsversorgung müssen zu jedem Zeitpunkt Erzeugung und Verbrauch ausgeglichen sein. Zu diesem Zweck wurden bisher Mittel- und Spitzenlastkraftwerke so geregelt, dass sie die Schwankungen der Nachfrage ausgleichen. Grundlastkraftwerke hingegen wurden konstant mit einer hohen Jahresausnutzungsdauer betrieben. Bei auftretenden starken Schwankungen wurden Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt, um diese auszugleichen und somit eine hohe Volllaststundenzahl der Grundlastkraftwerke zu garantieren. Die Bundesregierung hat beschlossen die Energieversorgung bis 2050 überwiegend durch erneuerbare Energien (EE) sicher zu stellen. Dabei sollen die EE bis 2020 einen Anteil von 35 % am Bruttostromverbrauch erreichen. Bis 2050 soll der Anteil bis auf 80 % ansteigen. Als Basistechnologien sollen Windenergiekonverter und Photovoltaik-Anlagen dienen, deren Erzeugung stark vom Wetter sowie von Tages- und Jahreszeiten abhängen. Die daraus resultierenden Schwankungen haben zur Folge, dass bei hoher Wind- und PV- Einspeisung die konventionellen Kraftwerke in Ihrer Leistung abgeregelt werden müssen. Gleichzeitig müssen sie in Zeiten zu geringer Stromproduktion - beispielsweise an windstillen Tagen - kurzfristig sehr hohe Leistungen zur Verfügung stellen. Durch diese Notwendigkeit an Vorhaltung flexibler Regelleistung lässt sich der konventionelle Kraftwerkspark zukünftig nicht mehr in Grund-, Mittel-, und Spitzenlastkraftwerken einteilen. Darüber hinaus werden die installierten Erzeugerkapazitäten es schon 2020 erlauben, immer wieder den Strombedarf komplett durch Emeuerbare Energien zu decken. Entsprechend wird sich die Stromversorgung zukünftig an der Prognose orientieren, inwiefern die erneuerbaren Energien in der Lage sind, den Stromverbrauch zu decken. Konventionelle Kraftwerke werden zunehmend zur Sicherung der Versorgung eingesetzt und müssen über eine hohe Dynamik und Flexibilität verfügen. Zusätzlich zu den zeitlichen Problemen, die durch die Fluktuationen entstehen, werden Probleme durch die räumliche Verteilung der Stromerzeuger entstehen. Anders als bei den konventionellen Kraftwerken, die sich in der Nähe von Ballungsgebieten und somit der Verbraucher befinden, werden Windkraft- und Photovoltaikanlagen überwiegend an wirtschaftlich günstigen Standorten mit hohem Ertrag installiert. In der Regel liegen diese Regionen fernab von Ballungszentren. Daraus resultiert ein deutlicher Stromüberschuss durch On- und Offshore-Windkraftanlagen in Norddeutschland sowie eine sehr hohe Stromeinspeisung ins Niederspannungsnetz durch PV-Anlagen in den sonnenreichen, ländlichen Regionen im Süden Deutschlands. Nur in wenigen Regionen werden Stromproduktion und -verbrauch auf ein ganzes Jahr betrachtet bilanziell ausgeglichen sein. Doch auch in diesen Regionen werden sich Zeiten der Überproduktion mit Zeiten viel zu geringer Stromerzeugung abwechseln. Ein Ziel der Transformation der Energieversorgung wird daher sein, durch Netzausbau und Energiespeicherung sowie durch Stromerzeuger- und Stromverbrauchermanagement einen zeitlichen und räumlichen Ausgleich zwischen Stromverbrauchern und Stromerzeugern herzustellen. Erwartungsgemäß ist in den Studien mit einer 100%igen regenerativen Versorgung der positive Energieausgleichsbedarf höher als in Studien mit Anteilen an konventioneller Kraftwerksleistung, da diese nachfragegeführten Erzeuger in Schwachlastzeiten Defizite auffangen können. Hingegen scheint die Ausgleichsleistung unabhängiger vom Anteil der erneuerbaren Energien zu sein, sie bewegt sich zwischen 28 und 50 GW. Auffällig ist, dass in allen Studien der negative Bedarf und die Leistung höher sind als die positiven Größen. Dies lässt darauf schließen, dass es viel häufiger zu Stromüberschüssen kommen wird als zu einem Strommangel. Weiterhin ist zu beachten, dass bisherige Studien bis auf die dena-Netzstudie den Energieausgleichsbedarf immer ohne Netzrestriktionen betrachten. Daher ist zu erwarten, dass der Ausgleichsbedarf und die Ausgleichsleistung über den Werten liegen wird. Da die Studien immer verschiedene Szenarien betrachten, wurde für den Vergleich immer das wahrscheinlichste Szenario ausgewählt. Nähere Erläuterungen zu den Studien sind im Anhang zu finden. Weiterhin werden in den Studien von den relevanten Größen positiver und negativer Energieausgleichsbedarf und -leistung nur einzelne betrachtet. Eine vollständige Untersuchung aller Größen in einer regionalen Auflösung wurde bisher nicht durchgeführt.