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Der deutsche Strommarkt befindet sich im Wandel von einer zentralen Stromerzeugung hin zu einer dezentralen. Eine wesentliche Rolle spielen in diesen Zusammenhang erneuerbare Energien, welche durch die Energiewende bis 2050 einen Anteil von mindestens 80 % des in Deutschland erzeugten Stroms ausmachen sollen. Diese haben jedoch den großen Nachteil, dass sie wetterbedingt eine hohe Volatilität aufweisen und eine geringe Planbarkeit der Stromerzeugung mit sich bringen. Um die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten, müssen sich die erzeugte Strommenge und deren Verbrauch stets im Gleichgewicht befinden. Eine Möglichkeit, mit der Flexibilität der Erzeugung umzugehen, bietet das Konzept der virtuellen Kraftwerke. Diese sind ein Zusammenschluss vieler dezentraler Erzeugungsanlagen, welche von einer zentralen
technischen Steuerung koordiniert und gesteuert werden. Die vorliegende Arbeit soll einen Überblick über die aktuelle Situation auf dem Markt für virtuelle Kraftwerke geben. Mittels einer Expertenbefragung wurden diesbezüglich vier Hypothesen überprüft. Die Auswertung ergab, dass der Markt langfristig wächst und sich virtuelle Kraftwerke noch in der Erprobungsphase befinden. Entgegen gängigen Definitionen sind in virtuelle Kraftwerke häufig keine Speicher und Verbraucher integriert. Obwohl die Energieerzeugung ausschließlich mit erneuerbaren Energien möglich wäre, wird dies häufig nicht umgesetzt. Ein wichtiger Grund lag in dem vermehrten Einsatz von KWKAnlagen, welche überwiegend mit fossilen Brennstoffen betrieben werden.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zzt. für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Dieser Bericht behandelt die Flussdichte- und Durchflutungsverhältnisse der Wicklungen in Stator und Rotor für Kaskadenmaschinen. Dazu werden die Durchflutungen der Statorwicklungen und der Rotorwicklung für die beiden Polpaarzahlen bestimmt und die für die Wicklungsverluste wirksame Gesamtdurchflutung für verschiedene Polzahlkombinationen ermittelt. Die Ergebnisse werden mit Induktionsmaschinen für eine Polzahl verglichen.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zzt. für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Dieser Bericht behandelt die sinnvollen Polpaarzahlen für Kaskadenmaschinen. Dazu werden die Polpaarzahlkombinationen hinsichtlich ihrer parasitären Effekte und Ausführungsmöglichkeiten qualitativ bewertet.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zurzeit für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Der vorliegende Beitrag beschreibt wie die elektromagnetischeWirkung unsymmetrischer Rotorwicklungen für Kaskadenmaschinen mit der Drehfeldanalyse behandelt werden kann. Die Rotorwicklungen dienen dazu, gleichzeitig beide Grundfelder der Kaskadenmaschine zu erzeugen. Dazu sind sie z. T. mit Wicklungszweigen aufgebaut, die in verschiedenen Knoten zusammen geschaltet sind. Aus Sicht der Statorwicklungen sind sie unsymmetrisch aufgebaut. Unsymmetrische Rotorwicklungen treten auch in Induktions- und Synchronmaschinen auf, z. B. bei Wicklungsfehlern, Stabbrüchen oder bei unsymmetrischen Anlaufkäfigen. Mit dem hier dargestellten Rechenverfahren wird die elektromagnetische Kopplung zwischen den Wicklungszweigen und zur Statorwicklung erfasst.
Der zukünftig steigende Bedarf an Bereitstellung von Regelenergie aus regenerativen Kraftwerken sowie sinkende EEG-Tarifstrukturen im Bereich Biogas führen zur Notwendigkeit einer Entwicklung alternativer Betriebs- und Vergütungsmodelle. Der vorliegende Beitrag skizziert ein wirtschaftliches Ausgleichssystem für virtuelle Biogas-Verbundkraftwerke. Es beschreibt, welche Kosten und Erlöse in virtuellen Biogas-Verbünden generiert werden, sofern diese teilautomatisiert und auf die regionale Netzstabilität fokussiert betrieben werden. Das wirtschaftliche Ausgleichssystem ist ein Teil des im Forschungsvorhaben VKV Netz zu entwickelnden Steuerungssystems für virtuelle Biogas-Verbundkraftwerke (http://vkvnetz.de).
Der zunehmende Anteil erneuerbarer Energien an der Stromproduktion Deutschlands erfordert einen ebenso steigenden Anteil der erneuerbaren Energien an der Bereitstellung von Regelenergie zur Stabilisierung der Stromnetze. Durch die Möglichkeit der zeitlichen Entkopplung von Gas- und Stromproduktion ist insbesondere die Biogastechnologie für die Bereitstellung von Regelenergie geeignet. Der vorliegende Beitrag skizziert ein Steuerungssystem für virtuelle Biogas-Verbundkraftwerke, dessen Oberziel die Stabilisierung des Stromnetzes ist. Die Entwicklung des Systems erfolgt im Zuge des Forschungsprojekts VKV Netz und wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Automatisierte Steuerung von virtuellen Biogas-Kraftwerksverbünden für den netzorientierten Betrieb
(2019)
Das Steuerungssystem VKV Netz ermöglicht den auf die Erbringung regionaler Systemdienstleistungen ausgerichteten Betrieb virtueller Biogas-Kraftwerksverbünde. Damit leistet es sowohl einen Beitrag zum zukünftig gesteigerten Bedarf an Regelenergie durch regenerative Kraftwerke als es auch alternative, zukunftsfähige Erlöspotenziale für die zumeist landwirtschaftlichen bzw. landwirtschaftsnahen Biogas-Anlagenbetreiber abseits des EEG aufzeigt. Das Steuerungssystem wurde im Rahmen des BMWi-Verbundforschungsvorhabens VKV Netz (Förderkennzeichen 0325943A) durch die Hochschule Hannover, die SLT-Technologies GmbH & Co. KG sowie die Überlandwerk Leinetal GmbH in Kooperation mit assoziierten Biogasanlagen im Zeitraum 01.01.2016 bis 31.12.2018 entwickelt und pilotiert.
The shift towards RES introduces challenges related to power system stability due to the characteristics of inverter-based resources (IBRs) and the intermittent nature of renewable resources. This paper addresses these challenges by conducting comprehensive time and frequency simulations on the IEEE two-area benchmark power system with detailed type 4 wind turbine generators (WTGs), including turbines, generators, converters, filters, and controllers. The simulations analyse small-signal and transient stability, considering variations in active and reactive power, short-circuit events, and wind variations. Metrics such as rate of change of frequency (RoCoF), frequency nadir, percentage of frequency variation, and probability density function (PDF) are used to evaluate the system performance. The findings emphasise the importance of including detailed models of RES in stability analyses and demonstrate the impact of RES penetration on power system dynamics. This study contributes to a deeper understanding of RES integration challenges and provides insights for ensuring the reliable and secure operation of power systems in the presence of high levels of RES penetration.