Netzintegration von Windenergieanlagen mit Energiespeichersystem

Grunau, Sönke

Die Anforderungen zur netzverträglichen und -stabilisierenden Einspeisung durch Windenergieanlagen (WEA) in den Netzanschlussregeln (NAR) werden mit steigendem Anteil an der Gesamtstromerzeugung immer umfangreicher. […] In dieser Arbeit wird die Möglichkeit zur Verbesserung der Netzintegration von WEAn in Verbindung mit einem ESS untersucht. Es wird ein Überblick über ESS gegeben. Speichertechnologien und Umrichter zur Anbindung dieser an ein WEA-System werden auf Basis von Literaturrecherchen analysiert, untersucht und verglichen. Ein weiterer Fokus liegt auf Einspeiseverfahren, die die Erhöhung der Netzqualität und -stabilität zum Ziel haben […]. Hierzu zählen insbesondere solche zur Regelung der Netzfrequenz, sowie Glättung und Begrenzung der WEA-Ausgangsleistung. Es werden Kriterien definiert, nach denen sowohl die Speichertechnologien, als auch die untersuchten Anwendungen für ESS bewertet werden. […] Durch simulative Untersuchungen der Anwendungen wird jeweils die minimal benötigte Auslegung eines ESS hinsichtlich dessen Anschlussleistung und Kapazität ermittelt, wobei durch eine entwickelte Methodik insbesondere auch die Zyklenbelastung der Speicher berücksichtigt wird. Eine Abhängigkeit von unterschiedlichen typischen Windverhältnissen, die über IEC-Windklassen definiert werden, wird zudem festgestellt und bewertet. […] Im letzten Teil der Arbeit werden Konzepte zur Integration von einfachen und hybriden ESS in ein WEA-System hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrads und des Bauteilaufwands benötigter Leistungselektronik analysiert und bewertet. Als optimales Konzept wird die Anbindung eines Speichers durch einen zusätzlichen Umrichter an den Zwischenkreis einer WEA identifiziert. […] Für das Vorhalten einer Regelreserve zur Ausgangsleistungsglättung wird bei entsprechenden Randbedingungen der wirtschaftliche Betrieb mit heutigen Speicherpreisen festgestellt.

The requirements of the grid codes regarding compatible and stabilizing power injection by wind turbines into the grid are constantly increasing especially in the course of a growing share of wind power of the overall power generation. […] In this thesis the potential improvements of the grid integration of wind turbines in combination with an ESS are examined. Different ESS are reviewed and storage technologies as well as converters for their integration into wind turbines are analyzed, examined and compared based on a review of the technical literature. Injection methods, which aim at increasing the grid quality and grid stability […] form another key aspect of this thesis. These are especially methods to regulate the grid frequency, as well to smooth and to curtail the power injection by the WT. Criteria are defined and used to assess storage technologies as well as examined applications for energy storage systems. […] The minimum requirements for the ESS concerning its power and capacity rating are determined by simulative examination of its applications, in which a developed method is used which particularly considers the cycle loading of the storage devices. A dependency of different typical wind conditions, that are defined by IEC-wind classes, is determined and evaluated. […] In the last part of this thesis concepts for the integration of single and hybrid ESS into a wind turbine system concerning the total efficiency and the component costs of the required power electronics are analyzed and evaluated. As the optimal concept emerges the connection of a storage system through an additional converter to the DC-Link of the wind turbine. […] For the provision of a regulating power reserve and for the output power smoothing the economic operation is determined under appropriate boundary conditions considering today’s energy storage costs.

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Grunau, Sönke: Netzintegration von Windenergieanlagen mit Energiespeichersystem.

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