Seit Jahrzehnten ist die Windkraft eine äußerst erfolgreiche und zuverlässige Quelle für erneuerbare Energie. Das zeigt sich auch in der Vielzahl von Windparks, die weltweit die Landschaft und Meere prägen. Mit der zunehmenden Elektrifizierung des täglichen Lebens – von mobilen Geräten über E-Autos bis hin zu Rechenzentren – ist der Bedarf für erneuerbare Energien in den letzten Jahren exponentiell gestiegen. In Folge dieses Trends müssen nachhaltige Stromerzeuger nicht nur neue Energiequellen finden, sondern auch neue Technologien zur Stabilisierung des Stromnetzes entwickeln.
Aus diesem Grund arbeiten viele Stromerzeuger an Projekten, um neue Wege zur Erzeugung und Speicherung erneuerbarer Energien zu finden. Heute ist es zunehmend üblich, dass Windparks mit Photovoltaikanlagen (PV) und Batteriespeichersystemen erweitert werden und so hybride Standorte zur Stromerzeugung entstehen. Mit diesen Erweiterungen gestaltet sich die Regelung komplexer, sodass neue Technologien erforderlich sind, um den Betrieb zu vereinfachen und zu rationalisieren.
Viele der erfolgreichsten Unternehmen prüfen den Einsatz von hybriden Parkreglern (Power Plant Controllers, PPC), um ihre Kombination aus Windkraft, Solarenergie und Batterien bestmöglich auszunutzen. Moderne Hybrid-PPCs können die Komplexität des Betriebs von hybriden Parks für erneuerbare Energien erheblich reduzieren und Unternehmen gleichzeitig dabei unterstützen, die Netzanforderungen zu erfüllen und die höchstmögliche Leistung aus ihren unterschiedlichen Anlagen zu erzielen (Abbildung 1).
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Warum Photovoltaik und Batterien?
Die Internationale Energieagentur prognostiziert bis 2027 einen jährlichen Anstieg des weltweiten Strombedarfs um fast 4 %, sodass Stromerzeuger erheblich mehr Strom ins Netz einspeisen müssen. Während ein Teil des erzeugten Stroms aus herkömmlichen Quellen stammen wird, erhöhen sowohl öffentliche als auch private Einrichtungen den Druck, auch verstärkt erneuerbare Energiequellen zu nutzen. Windparks befinden sich in der Regel in abgelegenen Gebieten, die viel Platz bieten und sich dadurch hervorragend für die Installation von Solaranlagen und Batteriespeichern eignen, um die potenzielle Leistung zu steigern.
Darüber hinaus wird durch die Umstellung auf die hybride Erzeugung erneuerbarer Energien die Netzstabilität erhöht. Wenn es windstill ist, scheint oft die Sonne, was günstige Bedingungen für die Solarstromerzeugung schafft, und umgekehrt. Mit zusätzlichen Batteriespeichern können die Erzeuger Schwankungen kompensieren, die durch Turbulenzen oder Wolken entstehen. So können sie Verschiebungen bei der Stromerzeugung und Energie-Arbitrage lenken, indem sie in Zeiten mit geringer Nachfrage überschüssige Energie speichern und diese zu Zeiten mit höheren Preisen in das Netz einspeisen. Letztendlich gelingt es durch die mit den zusätzlichen Anlagen geschaffenen Möglichkeiten leichter, die Leistung auszubalancieren.
PPCs für eine bessere Regelung
Mit der Anbindung an das Stromnetz gehen auch Vorschriften einher. Eigentümer und Betreiber von Hybridanlagen aus Wind-, Solar- und Batterietechnologie müssen ihre Energieerzeugung so regeln, dass sie das Stromnetz unterstützen und stabilisieren – eine Aufgabe, die umso komplexer wird, je mehr Anlagen von verschiedenen Herstellern hinzukommen. Dann wird es schwierig, einzelne Anlagen über einen gesamten Park hinweg oder sogar über verschiedene Standorte mit einer Kombination aus erneuerbaren Energien zu verwalten.
Wenn ein breit aufgestellter Park für erneuerbare Energien um einen Hybrid-PPC erweitert wird, müssen Windturbinen und Wechselrichter nicht mehr einzeln gesteuert werden, sondern ganze Anlagengruppen können als kleines Kraftwerk betrachtet werden. Beispielsweise können 100 Windturbinen in einer Produktionsanlage zusammengefasst werden, während eine weitere PV-Anlage mit 50 MW als separate Produktionsanlage betrachtet wird, und zwar unabhängig davon, wie die einzelnen Anlagenteile in jeder dieser Anlagen zur gesamten Energieerzeugung beitragen.
Diese Art von Energiepark kann mit jeder beliebigen Kombination von Anlagen, die alle an einen Netzanschlusspunkt angeschlossen werden, unabhängig von Anzahl und Typ verwaltet werden. Die modernsten Hybrid-PPCs können jeweils über 2.500 Anlagen verwalten. Der Regler bewältigt diese Komplexität im Hintergrund (Backend), sodass Betreiber unabhängig von den Vorgängen auf Anlagenebene leichter die beste Effizienz und Preisgestaltung erzielen können (Aufmacherbild).
Da sich auch die Vorschriften ständig ändern, ist ein Mehr an Flexibilität ein weiterer Grund für die Modernisierung mithilfe eines speziell für diesen Zweck entwickelten Hybrid-PPC. Angesichts der Änderungen von Vorschriften benötigt das Anlagenpersonal Regelungssysteme mit Kernfunktionen, die alle Netzanforderungen und Algorithmen unterstützen und gleichzeitig eine einfache Schnittstelle für die Verbindung zu Anlagenteilen im Feld bieten, um Neuanschaffungen und Neuinstallationen schneller an den Start zu bringen.
Darüber hinaus bietet ein Hybrid-PPC eine erhöhte Verfügbarkeit und Redundanz für die Gewährleistung des kontinuierlichen Betriebs. Bei den besten und modernsten Hybrid-PPCs können zwei Controller installiert werden, sodass die Anlage auch dann weiter betrieben werden kann, wenn ein Controller oder die Netzwerkverbindung ausfällt. Redundante Lösungen schalten innerhalb von Millisekunden um, sodass das Anlagenperson weiterhin vollen Zugriff auf alle Anlagen hat und den Betrieb und die Weitergabe von Sollwerten so fortsetzen kann, als hätte es keinen Ausfall gegeben.
Flexibilität als Schlüssel
Nur wenige Unternehmen verfügen über einen Windpark oder eine Gruppe von Windparks, in denen ausschließlich Windkraftanlagen eines einzigen Typs und einer einzigen Bauart zum Einsatz kommen. In vielen Fällen sind in Windparks eine große Auswahl von Windkraftanlagen verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Protokollen im Einsatz. Moderne Hybrid-PPCs bieten umfassende Unterstützung als Schnittstelle für alle Windkraftanlagen in einem Produktionsbereich, unabhängig von Modell und Alter. Die besten Lösungen unterstützen viele Protokolle, sodass die Anbindung direkt über den PPC problemlos möglich ist. Die gleiche Flexibilität gilt auch für PV-Anlagen und Batteriespeicher. Hierbei kann der Hybrid-PPC mit jedem Wechselrichter oder jeder Batterie einer Vielzahl von Herstellern verbunden werden. Dadurch ist es einfach, Windkraft- und PV-Anlagen sowie Batteriespeicher in einer Bedienerschnittstelle zusammenzuführen.
Moderne Hybrid-PPCs bieten auch mehr Flexibilität bei der Arbeit mit den behördlichen Vorgaben verschiedener Märkte, was wichtig ist, da diese von Land zu Land oder sogar von Region zu Region variieren können. Die modernsten Hybrid-PPCs von heute sind so flexibel, dass sie an die individuellen Anforderungen jedes angeschlossenen Anlagen-Clusters angepasst werden können. Darüber hinaus können einzelne Hybrid-PPCs lokal verwaltet oder mit Leitwarten verbunden werden, wo mehrere Hybrid-PPCs mit einem SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) verknüpft werden, das über eine Bedienerschnittstelle verwaltet wird.
Planung für breit aufgestellte Energieparks der Zukunft
Da der Bedarf an erneuerbaren Energien zusammen mit der zunehmenden Nachfrage nach Strom wächst, benötigen Stromerzeuger mehr Optionen zur Steigerung und Stabilisierung ihrer Leistung. Für viele Windparks ist einer der ersten und naheliegendsten Schritte zur Erreichung dieses Ziels die Erweiterung ihres Portfolios an grüner Energie um Solarenergie und Batteriespeicher.
Die Erweiterung des Portfolios der Energieerzeugung wird jedoch nur dann zu optimalen Effizienzsteigerungen führen, wenn sie mit einer Strategie zur Modernisierung der Automatisierung einhergeht, die einen effizienten und effektiven Betrieb unterstützt. Der moderne Hybrid-PPC ist ein wichtiger erster Schritt bei dieser Strategie, da er unterschiedliche Anlagen in einer einzelnen, einheitlichen Lösung zusammenführt und so den Betrieb, die Flexibilität, die Skalierbarkeit und die Redundanz verbessert.
Hier geht es zum Original-Artikel in NACE (North American Clean Energy)
Autor:
Jan Dujesiefken, Sales Specialist Renewables DACH, Emerson Process Management
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