PRAKTISCH: Prüfstandbasierte Charakterisierung netzbildender Eigenschaften von Typ III Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Im Zuge der Energiewende werden die großen, direkt mit dem Netz gekoppelten Synchrongeneratoren der fossilen Kraftwerke ihren Betrieb einstellen. Die Aufgabe der Netzbildung müssen unter anderem Windenergieanlagen übernehmen. Es fehlen aber allgemein und international akzeptierte Regelungen und Prozesse, die sie für die Aufgabe qualifizieren.
• Das Forschungsprojekt PRAKTISCH entwickelt einen technologieoffenen Validierungsprozess, mit dem das netzbildende Verhalten von Windenergieanlagen eindeutig gemessen, auf Prüfständen getestet und zertifiziert werden kann.
• Das Fraunhofer IWES ist neben der Projektkoordination unter anderem für die Vorbereitung und Umsetzung der Testkampagnen an den institutseigenen Prüfständen verantwortlich.

Herausforderung

Der Umbau des Energiesystems auf erneuerbare Energien verändert auch die Verantwortung für den sicheren Betrieb des Stromnetzes. Bislang wurde die Spannungs- und Frequenzstabilität vor allem durch die großen, direkt mit dem Netz verbundenen Synchrongeneratoren der fossilen Kraftwerke sichergestellt, die aber nach und nach außer Betrieb gehen. Künftig muss diese Aufgabe unter anderem von Windenergieanlagen übernommen werden, die über Stromrichter an das Netz angeschlossen werden. Bei Verwendung der derzeit üblichen Regelungsverfahren sind sie aber aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften nicht dazu in der Lage, ein Netz mit 100 Prozent erneuerbaren Energien ohne Synchrongeneratoren zu unterhalten, also ein so genanntes netzbildendes Verhalten zu zeigen.

Bereits bestehende Regelungsverfahren, die dieses Problem lösen können, finden außerhalb von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bislang kaum Anwendung. So fehlt beispielsweise eine allgemein und international akzeptierte Definition netzbildenden Verhaltens und damit eine Grundlage für eine Zertifizierung. Es besteht daher große Unsicherheit über künftige netzbildende Anforderungen an Windenergieanlagen.

Lösung

Hier setzt das Forschungsprojekt PRAKTISCH an. Die Forschenden entwickeln einen technologieoffenen Validierungsprozess für Windenergieanlagen, mit dessen Hilfe ihr netzbildendes Verhalten eindeutig und quantitativ an ihrem Netzanschlusspunkt vermessen und charakterisiert werden kann. Ein besonderes Augenmerk liegt trotz des technologieoffenen Ansatzes auf Windenergieanlagen des Typs III, die über eine doppelt-gespeiste Asynchronmaschine und damit über eine direkte elektrische Kopplung zwischen Generator und Netz verfügen.

Geplant ist eine prüfstandbasierte Validierung und Charakterisierung verschiedener netzbildender Windenergieanlagen, um den Prozess experimentell unter Beweis zu stellen. Die Validierung der Prüfstandsvermessung erfolgt über die Reproduktion von Feldvermessungen einer netzbildenden Windenergieanlage. Die Validität des Prozesses wird abschließend durch ein exemplarisches Zertifikat oder eine Konformitätserklärung einer Zertifizierungsstelle nachgewiesen.

Das Fraunhofer IWES ist neben der Projektkoordination unter anderem für die Vorbereitung und Umsetzung der Testkampagnen an den institutseigenen Prüfständen HiL-GridCoP und PQ4Wind verantwortlich.

Mehrwert  

PRAKTISCH demonstriert einen prüfstandbasierten Validierungsprozess als Grundlage für die standardisierte Vermessung und Zertifizierung von netzbildenden Windenergieanlagen. Dieser Prozess wird eine Handlungsempfehlung für Anlagenhersteller, Windpark-, Netz- und Prüfstandbetreiber sowie Zertifizierungsstellen liefern. Gleichzeitig empfiehlt er einen zuverlässigen Ablauf für die Standardisierung der Produktanforderungen, Testmethoden und Bewertungskriterien. Die Projektergebnisse werden dazu sowohl in deutsche als auch in europäische und andere internationale Normungsgremien getragen.

PRAKTISCH trägt somit zu einem sicheren Betrieb des Stromnetzes bei, das im Wesentlichen von dezentralen Erzeugungsanlagen und Speichern getragen wird.