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„Windkraft muss neue Aufgaben übernehmen“
Warum das Fraunhofer IWES einen mobilen Netzsimulator für Offshore-Anlagen baut, erklärt Projektleiterin Gesa Quistorf

Die Nutzung von Wind- und Sonnenenergie funktioniert immer reibungsloser. Bisher heißt das insbesondere, dass die Erzeugungsanlagen immer seltener gedrosselt werden müssen, um eine Überlastung der Netze zu verhindern. Mittlerweile können Photovoltaik- und Windkraftanlagen also meistens Strom einspeisen, sobald die Ressourcen Wind und Sonne vorhanden sind. Für den Lastausgleich im Netz sind bisher vor allem andere Anlagen – wie Kohle-, Gas- und Wasserkraftwerke – zuständig.

Das werde in Zukunft nicht mehr reichen, sagt Gesa Quistorf, die mit ihrem Team am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES in Bremerhaven einen Netzsimulator für Offshore-Windkraftanlagen entwickelt. Im Interview mit dem en:former erklärt sie, was ein Netzsimulator ist, wofür man ihn braucht und warum die Anforderungen an Windkraftanlagen in Zukunft wachsen.

en:former: Frau Quistorf, die größten Windkraftturbinen der Welt haben derzeit zwölf Megawatt (MW), Ihr Simulator soll Anlagen mit 20 MW testen können. Gibt uns das einen Ausblick auf das, was noch kommt?

Gesa Quistorf:

Was noch alles kommt, wissen wir nicht. Aber wir haben in den letzten Jahren gesehen, wie rasant die Leistung von Windenergieanlagen (WEA) gewachsen ist. 15-MW-Anlagen sind bereits in der Entwicklung. Und wir wollen einen gewissen Spielraum einbauen für das, was gegebenenfalls noch kommt. Außerdem können wir so auch ganze Abschnitte von Windparks mit kleineren WEA testen.

Was ist überhaupt ein Netzsimulator?

Ein Netzsimulator ist eine Anlage, die einen regulären Netzbetrieb mit normalen Spannungsschwankungen, aber auch Kurzschlüsse und Frequenzänderungen simulieren kann. Die Anlagen, die wir damit testen, merken überhaupt keinen Unterschied, wenn man so sagen will.

Und Sie bauen jetzt einen besonders großen Netzsimulator?

Unser Netzsimulator wird nicht nur auf besonders hohe Leistungen ausgerichtet sein, er wird auch mobil sein. Kleinere WEA werden nämlich meist in Prüfständen getestet. Dort wird dann ein Motor an einen Generator angeschlossen, der verschiedene Windstärken simuliert, und auf der anderen Seite prüft ein stationärer Netzsimulator die Netzverträglichkeit. Neuere WEA sind zu groß für bestehende Prüfstände, da ist es wirtschaftlicher, einen mobilen Netzsimulator zu errichten und die Turbinen im Feldversuch zu testen, anstatt die Motoren der Prüfstände zu ertüchtigen.

Muss ihr Simulator dann auf ein Boot, um Offshore-Anlagen zu testen?

Nein, auch Offshore-Anlagen werden an Land getestet – für gewöhnlich in Küstennähe, um möglichst nah an die Windbedingungen auf See zu kommen.

Welche Anlagen müssen auf diese Weise getestet werden?

Bevor ein Anlagentyp – sei es eine WEA, eine Photovoltaikanlage oder auch ein Blockheizkraftwerk – ans Netz geht, muss der Hersteller nachweisen, dass die Bauart die Anforderungen an die Netzverträglichkeit des jeweiligen Netzbetreibers erfüllt. Dafür wird ein Prototyp getestet und – wenn alles gut läuft – zertifiziert. Erst dann geht er in Serie.

Und was genau testen Sie?

Am Fraunhofer IWES sind wir auf WEA spezialisiert. In verschiedenen Teams überprüfen wir praktisch alle Komponenten von Windenergieanlagen von der Rotorblattspitze über Nabe und Gondel bis hinunter in den Transformator, von dem aus der Strom ins Netz fließt. Genau da setzt unser Team an: Wir überprüfen, ob die fertige Anlage auch das tut, wofür sie letztlich gebaut wurde, nämlich zuverlässig Strom ins Netz einzuspeisen.

Wie zuverlässig kann eine Anlage Strom einspeisen, die vom Wetter abhängig ist?

Gerade im Offshore-Bereich weht der Wind ziemlich konstant. Bei uns geht es aber eher darum, wie zuverlässig eine Anlage die abrufbare Energie als Strom einspeisen kann. Dabei geht es auch darum, wie gut sie bei einer schwankenden Nachfrage herunter- oder heraufgeregelt werden kann. Es geht aber auch darum, dass sie sich etwa im Falle eines Kurzschlusses in ihrem Netz nicht einfach abschalten.

Das wäre aber auch bei einem Gaskraftwerk schlecht.

Richtig, die Anforderungen an Windenergieanlagen und konventionelle Kraftwerke werden sich immer ähnlicher. Früher genügte es, wenn eine WEA Strom einspeiste. Je größer aber ihr Anteil an der Stromerzeugung wird, umso berechenbarer muss ihr Beitrag sein. Derzeit geht man davon aus, dass ab einem Anteil von 65 Prozent Erneuerbarer Energien Instabilitäten im Netz auftreten können. Um das zu umgehen, werden künftig neue Regelstrategien zum Einsatz kommen, bei denen WEA zusätzliche Aufgaben übernehmen.

Welche sind das?

Zum Beispiel werden WEA gemeinsam mit anderen Erneuerbaren und Speichern zukünftig Regelleistung bereitstellen, damit sie in der Lage sind, das Stromnetz ohne Unterstützung von konventionellen Kraftwerken stabil zu halten. Außerdem müssen sie schwarzstartfähig werden. Das heißt, Windenergieanlagen müssen auch im Falle eines Stromausfalls selbstständig wieder starten können, um das Netz wieder aufzubauen. Bisher brauchen sie Strom aus dem Netz, um ihre Rotoren in den Wind zu drehen. Mit unserem Netzsimulator werden wir zeigen können, dass Anlagen diesen Aufgaben gewachsen sind.

Eckdaten
Gesa Quistorf leitet das Forschungsprojekts „Mobil-Grid-CoP“ (Mobile Testeinrichtung für Grid-Compliance Prüfungen) am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 12,7 Millionen Euro gefördert.

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