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Wind-Diesel-Systeme
finden dort ihren Markt, wo eine Versorgung aus den Großkraftwerken
eines Verbundnetzes aufgrund der Geographie des Standortes sehr hohe Kosten
bringen würde oder der Standort nicht elektrifiziert ist.
Wind-Diesel-Systeme eignen sich sowohl zum Aufbau neuer, als auch zum Ausbau bestehender Inselnetze; Standorte mit gute Windgeschwindigkeiten vorausgesetzt..
Die Vorteile liegen dabei auf der Hand:
- Einsparung von Treibstoffkosten
- Niedrigere Kosten für Treibstofftransport
- Niedrigere Wartungskosten
- Zeitweilige Grundversorgung bei Ausfall der Treibstoffversorgung
Wuseltronik beschäftigt sich seit über zehn Jahren mit der Entwicklung, Auslegung und Betriebsführung von Wind-Diesel-Systemen. Außer der Systemtechnik werden in unserem Hause die Steuerungen und Betriebsführungen für diese Systeme entwickelt.
Modulares Konzept
Das Wuseltronik System besteht aus einzelnen Stromerzeugungsmodulen mit den jeweils dazugehörigen Steuerungen. Jedes Modul arbeitet unabhängig von anderen Stromerzeugern. Es kann ein Inselnetz versorgen, auf ein schwaches Netz oder auf ein Netz der Qualität des nordeuropäischen Verbundsystems arbeiten. Ein Ausfall eines anderen Stromversorgers im System beeinträchtigt die Funktion der einzelnen Module nicht. Alle Stromerzeuger arbeiten mit Synchrongeneratoren und können den von Verbrauchern benötigten Blindstrom liefern.
Das Grundkonzept dieser Steuerung - im einfachsten Fall z.B. eine Windkraftanlage oder ein Dieselaggregat im Inselbetrieb - wurde so entwickelt, daß das Energieerzeugungssystem bei wachsendem Energiebedarf oder erhöhten Anforderungen an die Versorgungssicherheit mit weiteren Stromerzeugern nachgerüstet werden kann. In Ausbaustufen kann eine Inselanlage zu einem Wind-Diesel-System ergänzt werden und dieses mit weiteren Einheiten zu einem kleinen Verbundsystem vernetzt oder an ein öffentliches EVU-Netz angeschlossen werden.
Im Gegensatz zu anderen Lösungen ist die Einbindung eines Batteriespeichers nicht vorgesehen, kann jedoch bei speziellen Anwendungen ohne Probleme vorgenommen werden.
Beim Wuseltronik-Konzept beziehen die Steuerungen der einzelnen Stromerzeuger alle notwendigen Informationen für ihren Betrieb aus dem Netz (genauer aus der Netzfrequenz). Ein bestehendes System kann beliebig erweitert werden, ohne daß Änderungen in der Betriebsführung des Systemes notwendig werden..
Beim Betreiben von Energieerzeugungssystemen gibt es verschiedene Möglichkeiten der Betriebsführung, je nachdem, unter welchen Bedingungen das System läuft und welchen Anforderungen es gerecht werden soll. Die Art der Betriebsführung ist vom Betreiber über die Software wählbar und in weitem Umfang über einfache Tastatureingaben an der Steuerung zu modifizieren und zu optimieren.
Inselbetrieb
Im Inselbetrieb arbeitet nur ein Stromerzeuger (hier die Windkraftanlage) und baut ein Netz auf. Es besteht weder eine Verbindung zu einem anderen Verbundnetz noch zu einem anderen Energieerzeuger.
Die Anlage wird auf eine konstante Drehzahl geregelt. Eine Phasenanschnittsteuerung schaltet bei Überschreitung des Sollwertes eine elektrische Bremslast (Heizwiderstände), um die Drehzahl (Frequenz) konstant zu halten. Der Sollwert der Anlage ist über die Software einstellbar. Die Drehzahl- bzw. Netzfrequenzabweichungen betragen maximal einige Zehntel Hertz, so daß jeder elektrische Verbraucher betrieben werden kann.
Nehmen angeschlossene Verbraucher des Systems Leistung ab, so wird augenblicklich genau dieser Betrag an Bremsleistung zurückgenommen. Dabei darf die Verbraucherleistung die Windleistung nicht überschreiten, da sonst die Sollfrequenz nicht mehr zu halten ist.
Der Benutzer der Windkraftanlage im Inselbetrieb kann deshalb, abhängig von seiner Verbraucherstruktur, eine Reihe von Verbraucherkreisen definieren (per Tastatur programmieren). Diesen Verbraucherkreisen ist eine bestimmte Leistung zugeordnet. Die Steuerung schaltet die Verbraucher erst frei, wenn sichergestellt ist, daß die Windkraftanlage die Leistung auch liefern kann. Bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl (Windflaute) wird die Anlage abgeschaltet. Erreicht die Anlage ihre Nenndrehzahl und bringt eine entsprechende Stelleistung auf, wird die Windkraftanlage über ein Schütz wieder an das lokale Netz angeschlossen.
Wind-Diesel Betrieb
In dieser Art der Betriebsführung stellt das System ein autonomes Versorgungssystem für die angeschlossenen Verbraucher dar. Eine Verbindung zu einem anderen Verbundnetz (EVU-Netz) besteht nicht. Die Information über die Leistungsreserve des Netzes wird der Frequenz entnommen, der Größe, die auch allen Stromerzeugern zur Verfügung steht. Wir sprechen deshalb von einem frequenzgeführten System. Dies bedeutet, daß sich die Netzfrequenz abhängig vom Systemzustand mit einem Wert von typ. +/-2% von ihrem Sollwert (50 Hz) einstellt. Liegt die Netzfrequenz über dem Sollwert, so arbeitet nur die Windkraftanlage auf das System. Sinkt die Netzfrequenz, so vermindert sich gleichermaßen die noch dem Wind zu entnehmende Energie und das Dieselaggregat muß starten, um das Netz zu stabilisieren. Wird der Diesel warm gehalten, so benötigt er maximal 2 Sekunden von der Startanforderung bis zum Aufschalten auf das Inselnetz. In dieser Zeit wird der Diesel gestartet, sucht die aktuelle Netzfrequenz, führt eine Feinsynchronisation aus und schaltet sich auf das Netz. Dieses schnelle Rettungsmanöver erspart den Speicher für die kurzzeitige Netzstützung. Für die Regelungstechnik bedeutet dies, daß jeder Stromerzeuger eine Frequenzkennlinie besitzt .
Netzparallelbetrieb
Im Netzbetrieb ist die Windkraftanlage (oder das Wind-Diesel-Verbundsystem) an ein anderes Verbundnetz (öffentliches Netz) gekoppelt.
Die Regelung der Windkraftanlage durch die Belastungswiderstände arbeitet nicht (außer bei der Netzaufschaltung), da ihr Frequenzsollwert oberhalb der Netzfrequenz eingestellt ist. Deshalb kann alle aus dem Wind erzeugte Leistung an das Netz abgegeben werden; das Netz stellt einen unendlichen Verbraucher dar, der die Anlage immer genau auf Netzfrequenz abbremst. Will die Frequenz (Drehzahl) der Windkraftanlage unter die des Netzes sinken, so nimmt die Anlage Rückleistung auf, d.h. sie wird auf Netzfrequenz gehalten und vom Netz angetrieben. Ab einem einzustellendem Schwellwert wird die Anlage vom Netz geschaltet.
Ein angeschlossenes Dieselaggregat arbeitet im Netzbetrieb völlig unabhängig davon, wieviel andere Stromerzeuger ins Netz speisen.
Bei Verwendung eines Blockheizkraftwerkes wird die Abwärme des Stromerzeugers im Parallelbetrieb mit einem herkömmlichen Heizkessel genutzt. Die Zu- und Abschaltbedingungen für den Dieselgenerator können jetzt von der thermischen Betriebsführung durch die Anforderungen eines Heizungsreglers vorgegeben werden.
Wenn die Sollfrequenz des Dieselgenerators ebenfalls oberhalb der Frequenz des EVU-Netzes liegt, wird eine Drehzahlregelung den Dieselgenerator immer mit Vollast fahren. Es kann aber auch ein Regelbetrieb auf eine gewünschte thermische Leistung gefahren werden.
Bei Netztrennung bzw. Netzausfall kann das System automatisch in den Wind-Diesel-Parallelbetrieb übergehen. Der Diesel arbeitet mit einer Drehzahlregelung (elektrische Betriebsführung) im Teillastbereich. Er kann das lokale Netz stützen oder retten, wenn die Netzfrequenz unter seine Nennfrequenz sinkt.
Erhöht sich die Netzfrequenz wieder (höheres Windenergieangebot oder Abschaltung größerer Verbraucher), so nimmt der Dieselgenerator Rückleistung auf und wird nach Ablauf einer bestimmten Zeit vom Netz getrennt. Die WKA arbeitet jetzt im Inselbetrieb.
3. Auszug
aus der Referenzliste
Anlagen mit Wuseltronik Systemtechnik
Italien Toscana 1983
Inselanlage
Windturbine: Südwind und TU Berlin, 1,5 kW, Wechselstrom 220 V/50
Hz
Berlin Gatow 1984
Inselanlage
Windturbine: Südwind THG 5, 5 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Berlin Tempelhof 1987
Wind-BHKW-System für Inselbetrieb
Windturbine: Südwind E 710, 10 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
BHKW: Diesel, WVG elektrisch: 10 kW,
thermisch: ca. 20 kW
Afrika Ruanda 1988
Inselanlage zur elektrischen Versorgung eines Dorfes durch Wasserkraft
Wasserturbine: Bernt Gehrken 12 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Deutschland Brunkensen 1990
Wasserturbine für Insel- und Netzparallelbetrieb
Wasserturbine: Bernt Gehrken 20 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Deutschland Kaiser Wilhelm Koog 1990
Inselanlage
Windturbine: BERWIAN TU Berlin / Südwind, 6 kW, Spannung drehzahlabhängig
Deutschland Kaiser Wilhelm Koog 1990
Inselanlage
Windturbine: Südwind E 710, 10 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Spanien Lumpiaque nahe Zaragoza 1990
Feldbewässerung mit Wind-Diesel-System
Windturbine: Ecotecnia 30 kW
Diesel: WVG 20 kW
Drehstrom 380 V/50 Hz oder, je nach Betriebsart, 30 - 50 Hz frequenzabhängige
Spannung
Deutschland Emden 1992
Wind-BHKW-System für Insel- und Netzparallelbetrieb zur elektrischen
und thermischen Versorgung eines Fischzuchtbetriebes
Windturbine: Südwind E/N 1230, 30 kW
BHKW: Stadtgas, Fa. WTU
elektrisch 10 kW
thermisch ca. 22 kW
Drehstrom 380 V/50 Hz
Deutschland Wapelergroden 1993
Inselfähige Netzparallelanlage
Windturbine: Südwind E/N 710, 10 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Deutschland Wilhelmshaven / DEWI-Testfeld 1994
Inselfähige Netzparallelanlage
Windturbine: Südwind E/N 1230, 30 kW, Drehstrom 380 V/50 Hz
Kuba Cayo Romano nahe Camagüey 1999
Wind-Diesel-System zur elektrischen Versorgung einer entlegenen Siedlung
Windturbine: Südwind N/E 715/18, 15 kW
Dieselaggregat: Farymann mit 11,5 kW Synchrongenerator
4. Preise und Vertriebskonditionen
Sollten Sie sich für unsere Steuerungen von Wind-Diesel-Systemen interessieren, erhalten Sie weitere Informationen auf Anfrage (m.sauter@wuseltronik.com). Ihr Ansprechpartner ist Dipl.-Ing. M. Sauter.
Bitte werfen Sie auch einen Blick auf unsere Geschäftsbedingungen.