WO2013068258A1 - Verfahren zur bereitstellung von regelleistung für ein stromnetz - Google Patents

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WO2013068258A1
WO2013068258A1 PCT/EP2012/071348 EP2012071348W WO2013068258A1 WO 2013068258 A1 WO2013068258 A1 WO 2013068258A1 EP 2012071348 W EP2012071348 W EP 2012071348W WO 2013068258 A1 WO2013068258 A1 WO 2013068258A1
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WO
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power
control power
energy
control
frequency
Prior art date
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PCT/EP2012/071348
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English (en)
French (fr)
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Georg Markowz
Wolfgang SCHWEISSTHAL
Carsten Kolligs
Wolfgang Deis
Anna FLEMMING
Michael Igel
Stefan Winternheimer
Dennis GAMRAD
Sébastien COCHET
Original Assignee
Evonik Industries Ag
Evonik Degussa Gmbh
Steag Power Saar Gmbh
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a method for providing control power in a power grid.
  • Electricity grids are used to distribute electricity from many energy generators in large areas to many users and to supply households and industry with energy. Energy producers, usually in the form of power plants, provide the required energy. As a rule, power generation is planned and provided based on the forecasted consumption.
  • Both the generation and the consumption of energy can lead to unplanned fluctuations. These can arise on the energy producer side, for example, in that a power plant or part of the power grid fails or, for example, in the case of renewable energies such as wind, that the energy production is higher than predicted. Consumers may also experience unexpectedly high or low consumption. For example, the failure of a portion of the grid, which cuts off some consumers from the power supply, can lead to a sudden reduction in power consumption.
  • the desired AC frequency is, for example, 50 Hz in Europe.
  • a reduction in consumption compared to the plan leads to an increase in the frequency at scheduled power fed in by the energy producers, as well as an increase in electricity production compared to the planned consumption plan.
  • a reduction in the output of the energy producers compared to the plan leads to a reduction of the network frequency at scheduled consumption, as well as to an increase in consumption compared to the plan at scheduled production.
  • secondary control power SRL
  • minute reserve power MRL
  • SRL minute reserve power
  • hydropump storage systems are also often referred to as the currently most economical technology for storing and removing preferably renewable energies in order to be able to better match the energy supply and demand in terms of time.
  • the potential for expanding storage capacity - especially in Norway - is a matter of controversy, as significant capacity in power lines needs to be approved and installed for use. Consequently, the use for the energy management of load management is in competition with the provision of control power.
  • an energy management system which comprises a power generator and an energy store, wherein the energy store can be charged by the power generator.
  • This is intended to enable an energy producer, who in normal operation does not guarantee uniform energy production, such as the increasingly favored renewable energies, such as wind power or photovoltaic power plants, to distribute their energy more evenly into the power grid.
  • uniform energy production such as the increasingly favored renewable energies, such as wind power or photovoltaic power plants.
  • the disadvantage of this is that in this way a single power plant can be stabilized, but all other disturbances and fluctuations in the power network can not be intercepted or only to a very limited extent.
  • DE 10 2008 046 747 A1 proposes, for example, to operate an energy store in an island power grid such that the energy store is used to compensate for consumption peaks and consumption minima.
  • DE 10 2008 046 747 A1 also proposes operating an energy store in an island power grid in such a way that the energy store is used to compensate for consumption peaks and consumption minima.
  • the disadvantage hereof is that the energy stores do not have the necessary capacity to compensate for a longer disturbance or a plurality of disturbances rectified with respect to the frequency deviation one after the other.
  • control power is that the required components of such devices, such as a battery or a rechargeable battery, both terms are synonymous to be understood below, and an inverter or other components, must always be designed for full load operation.
  • a corresponding device is driven in full load operation, sometimes significantly less than 50% of the time.
  • a partial load operation is needed.
  • the efficiency of some of the components used depends in part heavily on the load. It is known, for example, that the efficiency of certain components is low at low load and only rises sharply with higher load.
  • an inverter is required to provide the control power to provide or receive the control power at the desired AC frequency, as is the case, for example, with battery storage for the provision of control power, additional losses due to the efficiency of the inverter occur.
  • the efficiency of an inverter is significantly better at high loads than at very low load, so that the provision of control power to a small extent, ie in the partial load range, is associated with increased losses.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • a method for providing control power is to be supplied, which allows a high efficiency in the control power supply.
  • the inventive method should also be able to provide the necessary control power as needed as quickly as possible.
  • the process should be as simple and inexpensive as possible.
  • This object is achieved by a method for the provision of control power for a power network, wherein the level of the provided control power is determined as a function of a deviation of the actual AC frequency from a nominal AC frequency of the power grid, wherein the provision of the control power to increase the efficiency is pulsed , wherein the control energy provided from the pulsed operation in a certain period of time corresponds to the control energy to be provided in the same period in a continuous operation of a control power source.
  • a certain period of time is to be understood as meaning a time interval at which control power has to be provided.
  • the provision of control power may be indicated, for example, by a request by the network operator or by a measured frequency deviation of the mains frequency from the nominal frequency (in Europe, for example, 50,000 Hz).
  • the period of time usually results from the type of control power and the corresponding regulations.
  • the length of the period is not critical, but this is to be chosen so that the control power is provided in accordance with the regulations. Because of the unsteady performance in the case of pulsed operation, brief, small deviations between the control energy provided by the pulsed and the continuous operation inevitably occur within a considered period of time.
  • a correspondence of the pulsating and continuous operation of the control energies are also to be understood as the cases in which the difference between the pulsating operation and the continuous energy supply does not at any time be greater than five times, preferably the double, especially the simple added energy content of the first and last pulse in the considered period corresponds.
  • a duty cycle according to DIN IEC 60469-1 is in the range of greater than zero to 1, in particular 0.05 to 0.9, preferably in a range of 0.1 to 0.5, and / or at least temporarily none Control power and alternately or staggered pulses are provided with a level of control power in a range of 2% to 35% of the rated power of a control power source, preferably in a range of 5% to 25% of the rated power.
  • the time intervals from the beginning of a pulse to the beginning of the subsequent pulse are limited to a maximum of 5 min Distance, preferably to a maximum of 2 minutes distance, especially preferably to a maximum of 30 seconds distance and most preferably to a maximum of 15 seconds distance.
  • the control power with a rising or falling, rising or falling edge, in particular an edge with a duration of 1 to 3 seconds, preferably 2 s, more preferably 1 s, is provided, and / or the control power is provided with a pulse having a, in particular multiple, stepped level of the pulse, so that during the duration of a pulse at the beginning and / or the end of the pulse only a portion of the control power to be provided is provided , and / or a power gradient in a range of magnitude 1 to 1000 kW per second, preferably 2 to 500 kW per second, most preferably 5 to 50 kW per second does not exceed.
  • the frequency and the number of pulses, the duty cycle of the pulses, the height of the pulses and / or the shape of the pulses to provide the requested control power depending on the inertia of the power grid and / or local transmission characteristics of a power grid, in particular in an impedance, capacity, and / or the like of the power network.
  • control power depending on the efficiency of a power generator, an energy storage, an energy consumer, an inverter, the inertia of the power grid, local transmission characteristics of a power grid and / or other components of a device for providing control power takes place.
  • the actual AC frequency of the power supply network is measured for a determination of the requested control power and, in the case of a deviation from a nominal AC frequency or a deviation from a tolerance range by a nominal AC frequency, control power is supplied to the mains or taken from the power grid and / or on a return of the actual AC frequency to the desired AC frequency or in the tolerance range, the control power is reduced, in particular to zero.
  • An over Pulse (pulses) provided control power allows an improvement of the efficiency of the device and the method for providing control power, since this, in particular when using accumulators, necessary Power electronics can be operated at a higher efficiency.
  • a pulse is to be understood as a time-limited, jerky current, voltage or power curve, whereby these pulses can also be used as a repetitive series of pulses.
  • the duty cycle according to DIN IEC 60469-1 can be selected depending on the type of power electronics and the control power to be provided, this in the range of greater than zero to 1, in particular in the range of 0.05 to 0.9, preferably in one area from 0.1 to 0.5.
  • control power is provided with an energy store, a power generator and / or an energy consumer.
  • control power supplies in this context are devices that can provide control power, but that do not represent energy storage.
  • the regular service providers include in particular energy producers and energy consumers.
  • a power plant is used as the energy generator, preferably a coal-fired power plant, a gas-fired power plant and / or a hydroelectric power station and / or a plant for producing a substance is used as an energy consumer, in particular an electrolysis plant or a metal plant, preferably an aluminum plant or a steel plant.
  • Such energy producers and consumers are well suited to providing longer-term balancing services but are sluggish. They can be dynamized well with suitable energy storage devices.
  • a flywheel a heat storage, a hydrogen generator with fuel cell, a natural gas generator with gas power plant, a pumped storage power plant, a compressed air storage power plant, a superconducting magnetic energy storage, a redox flow element and / or a galvanic element is preferably used, an accumulator or combinations ("pools") of memories or memories with conventional control power sources or of memories with consumers and / or power generators.
  • a heat storage device operated as an energy store must be operated together with a device for producing electricity from the stored heat energy.
  • Accumulators include, in particular, lead-acid batteries, sodium-nickel-chloride accumulators, sodium-sulfur accumulators, nickel-iron accumulators, nickel-cadmium accumulators, nickel-metal hydride accumulators, nickel-hydrogen accumulators.
  • accumulators are preferred, which have a high efficiency and a high operational and calendar life.
  • the preferred accumulators accordingly include, in particular, lithium-ion accumulators (for example lithium-polymer accumulators, lithium titanate accumulators, lithium-manganese accumulators, lithium-iron-phosphate accumulators, lithium-iron-manganese-phosphate Accumulators, lithium iron yttrium phosphate accumulators) and developments thereof, such as lithium-air accumulators, lithium-sulfur accumulators and tin-sulfur lithium ion accumulators.
  • lithium-ion accumulators for example lithium-polymer accumulators, lithium titanate accumulators, lithium-manganese accumulators, lithium-iron-phosphate accumulators, lithium-iron-manganese-phosphate Accumulators, lithium iron yttrium phosphate accumulators
  • developments thereof such as lithium-air accumulators, lithium-sulfur accumulators and tin-s
  • lithium-ion secondary batteries are particularly suitable for methods according to the invention because of their rapid reaction time, that is, both in terms of the response time and the rate at which the power can be increased or reduced.
  • the efficiency is good, especially for Li-ion batteries.
  • preferred accumulators exhibit a high power to capacity ratio, this characteristic being known as the C rate.
  • an energy of at least 4 kWh can be stored in the energy store, preferably of at least 10 kWh, particularly preferably at least 50 kWh, very particularly preferably at least 250 kW h.
  • the energy storage device can have a capacity of 1 Ah, preferably 10 Ah and particularly preferably 100 Ah.
  • this memory can advantageously be operated with a voltage of at least 1 V, preferably at least 10 V and particularly preferably at least 100 V.
  • the desired state of charge of the energy store may preferably be in the range from 20 to 80% of the capacity, more preferably in the range from 40 to 60%. Compliance with and / or the return to these state of charge areas can be achieved, for example, by using the mode of operation on which this invention is based and / or via the energy trade, which was explained in more detail above, via the power grid.
  • the state of charge corresponds in particular in the case of accumulators as an energy store, the charge state (State-of-Charge, SoC) or the energy content (StateofEnergie, SoE).
  • the desired state of charge of the energy store may depend on forecast data.
  • consumption data can be used to determine the optimum state of charge, which depends on the time of day, the day of the week and / or the season.
  • a permanent provision of control power can be achieved without any limitation in terms of a state of charge or capacity of the energy storage or the capacity can be chosen significantly smaller.
  • the energy reserve can supply or dissipate or offset the energy in the energy store that the energy store increasingly feeds into the network or out of the network due to this trend in the deviation has taken to effect a control to the default frequency. This generally requires relatively low energies.
  • the control power supplier can at least partially replace the energy store.
  • the power generator and / or the energy consumer has or have a nominal power of at least 5 kW, preferably at least 20 kW, more preferably at least 100 KW and most preferably of 1 MW.
  • At least two, preferably three or more, energy storage, energy producers and / or energy consumers are operated together for a provision of control power (pool), wherein the control power, at least up to a fixed proportion of the rated power of the entire pool, alternating at least one energy store, at least one energy store and at least one energy generator and / or at least one energy store, in particular the energy store in the form of a rechargeable battery and / or a battery storage power plant, particularly preferably in the form of a lithium-ion rechargeable battery, and at least one energy consumer is provided; while preferably the other energy storage, energy producers and / or energy consumers provide no control power.
  • the control power at least up to a fixed proportion of the rated power of the entire pool, alternating at least one energy store, at least one energy store and at least one energy generator and / or at least one energy store, in particular the energy store in the form of a rechargeable battery and / or a battery storage power plant, particularly preferably in the form of a lithium-ion rechargeable battery, and
  • control power in a first power supply range from 0% of the nominal power to 80% of the rated power of a control power source, in particular in a range of 0% of rated power to 50% of the rated power of a control power source, preferably a range of 0% of Rated power to 35% of the rated power of a control power source, more preferably a range of 0% of rated power to 20% of the rated power of a control power source, pulsed and provided in a second power delivery area, with a higher control power to be provided, the control power is continuously provided.
  • At least two, preferably three or more, energy storage, energy generator and / or energy consumers are operated together for a provision of control power, the control power alternately of at least one energy storage, at least one energy storage and at least one energy generator or at least one energy storage and at least one energy consumer is provided, while preferably the other energy storage, energy producers and / or energy consumers provide no control power.
  • the invention also provides a device for carrying out a method according to the invention, wherein it can be provided in particular that the device comprises a controller or a controller and an inverter, wherein in particular the energy generator, the energy storage and / or the energy consumer by means of the inverter with the power supply in Active connection can be brought and / or are and controls the control of the provision of control power, wherein a pulsed emission or absorption of energy from or into the energy storage, the power generator and / or the energy consumer is controllable or regulated.
  • the device comprises a measuring means for measuring the actual AC frequency of the power network and a memory, and the controller or the control in the memory, in particular in a memory of a computer for determining the control power to be provided, deposited nominal grid frequency compares the detected actual AC frequency and, based on this comparison, regulates the provision of the control power.
  • the invention is thus based on the surprising finding that the efficiency of a device for providing control power can be increased considerably by a method in which the requested control power is not pulsed but continuous is provided so that the arithmetic mean of the pulses corresponds to the requested control energy.
  • the present invention utilizes that in multi-consumer and multi-generator power networks, the pulsed mode of operation is "smeared" by the many other loads of the grid, that is, the sharp pulses provided by the method increase due to the inertia of the grid balanced to a middle value.
  • a control power is always required when the actual AC frequency in a power grid deviates from the desired AC frequency. It may also be provided that within a frequency band, in Germany, for example, in a frequency band of ⁇ 10 mHz to the target AC frequency of 50 Hz, no control power must be provided. A limit at which the maximum possible control power must be provided is set at ⁇ 200 mHz in Europe.
  • control power In the area between these values, only a certain proportion of the maximum or nominal control power, ie the rated power of a control power source, is to be fed into the power grid in Europe. In order to prevent a poorer efficiency of the components of a device for providing control power occurring in this intermediate region, it has proved to be advantageous if the control power is provided pulsed. Due to the inertia of the power grid, the control energy effectively provided corresponds to the arithmetic mean of the supplied control power pulses.
  • control power for a given nominal power is provided by the provider to the network operator.
  • the nominal power is to be understood as meaning the power with which the control power source, which is operated by a method according to the invention, is at least prequalified.
  • the prequalification performance may be higher than the nominal power provided to the network operator at maximum.
  • This nominal power can also be referred to as contracted maximum power, as this power is provided to the grid at maximum.
  • this rated power according to the invention can be at least in the range of the maximum power of the power generator or the energy consumer.
  • no control power and alternately or staggered pulses are provided with a level of control power in a range of 2% to 35% of the nominal power of a control power source, preferably 20% of rated power in a range of 5% to 25% of the nominal power or with pulses of a level of control power with optimum efficiency of the power generators, power consumers and / or other components of a control power source is provided.
  • the resulting effective control power and thus the control energy provided can be adjusted for example via the duty cycle, the frequency and / or the height of the pulses.
  • any intermediate values of the control power between zero and the rated power can always be provided with the optimum achievable efficiency of the device operated by the method according to the invention.
  • control power pulsed according to the invention is smoothed with a comparatively low requested control power for stabilizing the actual AC frequency in comparison to the overall power of the power grid.
  • a control power pulsed according to the invention is smoothed with a comparatively low requested control power for stabilizing the actual AC frequency in comparison to the overall power of the power grid.
  • the frequency, the number, the duty cycle, the height and the form, the edges and / or the gradation of the pulses can be determined both by the requested control power and by the effect of the pulses on the power network and the total number of pulses Among other things, the effects of the pulses on the power grid of its inertia and the electrical network characteristics, in particular depending on a connection to the low or high voltage network, as well as an influence of impedance, capacitance and resistance of the respective network in the vicinity of the terminal , depend.
  • the exact design of the pulse height, ie the power of a pulse, in particular in relation to the maximum power or rated power can also be determined depending on the efficiency of the energy storage, energy producer, energy consumer, an inverter or other components used.
  • the frequency, the number, the duty cycle, the height and the shape, the flanks and / or the gradation of the pulses are determined by specifications that the transmission system operator depends, for example, on the time of day, the day of the week and / or the season power. For example, in a period of 5 minutes before to 5 minutes after the hour change Design options are more narrowly defined or excluded. This is due to the fact that often very rapid frequency changes take place here. It may be in the interest of transmission system operators that lower disturbances are caused here and thus the control energy supply is made more secure in the sense of sharper.
  • the required control power For a determination of the required control power, it can be provided that the actual AC frequency of the power grid is measured. The measured actual AC frequency is compared with the desired AC frequency and from this comparison, the effective control power to be provided can be determined.
  • a power plant is used as the energy producer, preferably a coal-fired power station, gas-fired power plant or a hydroelectric power plant and / or a plant for producing a substance is used as an energy consumer, in particular an electrolysis plant or a metal plant, preferably an aluminum plant or a steel plant.
  • the power generator can positive control power, ie control power to increase the actual AC frequency of the power grid, and by means of the power consumers negative control power, ie control power to reduce the actual AC frequency of the power supply can be provided.
  • positive balancing power is also or will be provided by energy consumers by reducing consumption and / or negative balancing capacity also by producers by reducing production. If an excessively high actual AC frequency is measured, this can be reduced by targeted, pulsed connection of an energy consumer. If a too low actual AC frequency is measured, providing positive pulsed control power by a power generator increases the actual AC frequency.
  • the energy storage device may be in the form of, for example, a flywheel, a fuel cell hydrogen generator and storage, a hydrogen gas turbine, a hydrogen engine, a natural gas generator with a gas power plant, a pumped storage power plant, a compressed air storage power plant, a superconducting magnetic energy storage, a redox flow element, and / or a galvanic element, preferably an accumulator and / or a battery storage power plant, particularly preferably a lithium-ion accumulator, are provided.
  • the energy storage can also be operated together with a power generator and / or an energy consumer.
  • lithium-ion secondary batteries are particularly suitable for methods according to the invention because of their rapid reaction time, that is, both in terms of the response time and the rate at which the power can be increased or reduced.
  • the efficiency is good, especially for Li-ion batteries.
  • preferred accumulators exhibit a high power to capacity ratio, this characteristic being known as the C rate.
  • an energy storage, an energy generator and / or an energy consumer with a maximum power or rated power of at least 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 100 kW, 500 kW, or 1 MW are used.
  • An apparatus for carrying out a method according to the invention may comprise an energy store, a power generator, an energy consumer, a controller and preferably an inverter, wherein in particular the energy store is connected by the inverter to a power grid and the controller controls the provision of the control power.
  • the apparatus may comprise a measuring means for measuring the actual AC frequency of the power grid and a memory. Furthermore, it can be provided that a computer with a memory is included. In particular, the desired AC frequency is stored in the memory and the power to be provided in the event of a deviation from this. In this case, the measuring means can continuously measure the actual AC frequency, this value preferably being continuously compared with the desired AC frequency, so that based on this comparison and the stored power requirement, the control power and the mode of operation (pulsed or continuous) of the device is regulated ,
  • Figure 1 a schematic P-f diagram of the quasi-static request to a
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the efficiency of an inverter in FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic Pt diagram with an exemplary profile of a provision of control power according to the prior art
  • FIG. 4 shows a schematic P-t diagram with an exemplary course of a pulsed provision of control power according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic P-t diagram with an exemplary profile of an edge rise according to the invention of a control power pulse
  • FIG. 6 shows a schematic P-t diagram with an exemplary profile of a stepped control power pulse according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic P-t diagram with an exemplary course of a pulsed provision according to the invention and a continuous one
  • FIG. 8 shows a schematic P-t diagram with an alternative exemplary course of a pulsed provision according to the invention and a continuous provision of control power as a function of threshold values.
  • FIG. 1 shows a schematic Pf diagram 1 of the requirement for provision of control power 3 in percent of the nominal power P / P ma x of a control power source (not shown) as a function of a deviation f of an actual AC frequency from a nominal AC frequency of a power grid in Germany ,
  • the provision of the control power 3 increases in magnitude with the amount of deviation of the actual AC frequency from the desired AC frequency.
  • the deviation of the actual AC frequency in a range of magnitude well below 200 mHz, so that a much lower control power than the nominal power must be provided as a control power.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram 5 of the efficiency of an inverter as a function of the power P to be generated.
  • the efficiency 7 varies depending on the power P, the efficiency ⁇ at higher powers is better than at very low power.
  • operation of the inverter, or other components of a control power source is more advantageous at rated power or high power than at very low loads. It may be advantageous if the control power is provided with at least 15%, preferably 20%, of the rated power of a control power source in order to ensure a sufficiently high efficiency of the components used.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a schematic P-t diagram 9 with an exemplary profile of a provision of control power 11.
  • Such a course of the provision of control power corresponds to the prior art. It can be provided, as shown, that passing through the deviation of the actual AC frequency from the nominal AC frequency by a dead band in the range of an absolute deviation of an actual AC frequency from the nominal AC frequency of 10 MHz leads to that in the relevant time interval no service is provided. Between positive and negative control power can thus be a finite band in which, as shown in Figure 3, no control power is provided. If the absolute deviation is greater than the deadband, there is a sudden increase in the control power to, for example, 5% of a nominal power of a control power source (not shown).
  • FIG. 4 shows a schematic P-t diagram 13 with an exemplary profile of a pulsed provision of control power according to the invention.
  • the control energy or equivalent control power 17 (dashed curve) provided by a plurality of pulses 14, which is provided from a pulsed operation, corresponds to the control energy to be provided in the same time period during a continuous operation of a control power source.
  • pulses 14 of different distances, that is different durations in which no power is provided and by the width of the pulses 14, a desired resulting control power 17 can be provided at high efficiency.
  • the control energy provided is thus directly dependent on the duty cycle of the pulses and the frequency of the pulses and their height and shape.
  • pulses 14 having a shorter time interval lead to an absolutely higher resulting control power 17 and those with a greater time interval (pulses 16) on average to a lower resulting control power 17 and thus to a higher control energy provided.
  • the number of pulses 14, 15, 16 additionally influences the resulting control power 17.
  • the resulting control power 17 corresponds essentially to the control power 1 1 of Figure 3, wherein due to the method according to the invention, a higher efficiency and thus more efficient provision of the control power and thus the resulting control energy occurs.
  • the pulse height, duration and shape during operation vary depending on the requested power.
  • FIG. 5 shows a schematic P-t diagram 19 with an exemplary profile of an edge rise 21 according to the invention, a slope drop 25 and a pulse 23 for the provision of control power. It is shown that an increase in edge 21 takes place in a period of 1 s and only after this time the desired percentage of the nominal power of the control power is provided, in the example given a desired percentage of the rated power of a control power source, not shown, of 20%. An edge fall 25 occurs in the time between 3 s and 4 s, so that the time for the transition from the provision of the percentage of the rated power of the control power to the end of the control pulse is also 1 s.
  • flank rise or fall should advantageously comprise at least a period of at least 0.5 s. Basically, it can be ensured by way of the flanks 21, 25 that no undue or unwanted suggestions of disturbances and vibrations in the power grid or in the connected consumers and / or generators due to a too steep power gradient of the control power source, not shown.
  • FIG. 6 shows a schematic Pt diagram 27 with an exemplary profile of a control power pulse 29 graded according to the invention.
  • a specific control power is initially provided in a first stage 31, as shown by way of example in FIG. 6, a control power of 10% of the nominal power of a control power source (not shown).
  • a flank 21 ' connects.
  • the increase in the provision of the desired control power of the pulse 29 is delayed, so that it is provided in response to the edge rise of the edge 21 ' only after a certain time, in particular after a time of more than 1 s.
  • control power it can be provided, as it were, that a further edge 25 ' and a further step 33 from the control power pulse 29 is formed, so that over the example realized flank waste 25 ' and the further stage 33, the control power provided is reduced.
  • these periods are also only to be understood as examples and can be varied, for example, as a function of the inertia of a power network (not shown) or the width of the pulses 29.
  • gradations 31, 33 including multiple gradations, and various variants and embodiments of flanks 21 ' , 25 ' , of ascents and descents, can be realized in an advantageous manner and can be dependent on the network characteristics and in particular with respect to a minimization of suggestions be provided by disturbances and / or vibrations in the power grid.
  • FIG. 7 shows a schematic Pt diagram 35 with an exemplary profile of a pulsed provision of control power 37 ' according to the invention in combination with a continuous provision of control power 37 as a function of threshold values 39, 41.
  • a pulsed provision of the requested control power by means of a plurality of pulses 43 he follows. However, if a magnitude greater control power 37 is requested than that in the area bounded by the thresholds 39, 41, the provision of this control power may be either pulsed again, or provided as continuous control power 37 according to the invention as shown.
  • This combination of pulsed and continuous provision of control power has the particular advantage that at higher requested control power the loads of a power supply to a pulsed provision are minimized, but achieved because of the higher amount of the requested control power as it were sufficient efficiency at the components of a control power source, not shown can be.
  • FIG. 8 shows a schematic Pt diagram 49 with an alternative exemplary profile of a pulsed provision of control power 37 ' according to the invention in combination with a continuous provision of control power 37 as a function of threshold values 39, 41.
  • pulses 43 ' with a power with a height of 40% of the rated power of a control power source are shown. These The power of the pulses 43 ' depends on freely selected threshold values 45, 47, although of course any other threshold values 45, 47 can also be selected.
  • the embodiment of the invention according to FIG. 8 clarifies that a transition from pulsed control energy provision to continuous supply of control energy can take place independently of the magnitude of the pulses and also that the height of the pulses can be selected almost arbitrarily.

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Abstract

Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz, wobei die Höhe der bereitgestellten Regelleistung in Abhängigkeit einer Abweichung der Ist-Wechselstromfrequenz von einer Soll-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes bestimmt wird, wobei die Bereitstellung der Regelleistung zur Erhöhung des Wirkungsgrades gepulst erfolgt, wobei die in einem bestimmten Zeitraum aus dem gepulsten Betrieb bereitgestellte Regelenergie der in demselben Zeitraum bereitzustellenden Regelenergie bei einem kontinuierlichen Betrieb einer Regelleistungsquelle entspricht.

Description

„Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung in einem Stromnetz.
Stromnetze werden verwendet, um Strom von meist mehreren Energieerzeugern in großen Gebieten auf viele Nutzer zu verteilen und Haushalte und Industrie mit Energie zu versorgen. Energieerzeuger, meist in Form von Kraftwerken, stellen dazu die benötigte Energie bereit. In der Regel wird die Stromerzeugung auf den prognostizierten Verbrauch hin geplant und bereitgestellt.
Sowohl beim Erzeugen als auch dem Verbrauchen von Energie kann es jedoch zu ungeplanten Schwankungen kommen. Diese können auf der Energieerzeugerseite beispielsweise dadurch entstehen, dass ein Kraftwerk oder ein Teil des Stromnetzes ausfällt oder zum Beispiel im Fall Erneuerbarer Energien wie Wind, dass die Energieerzeugung höher ausfällt als prognostiziert. Auch bezüglich der Verbraucher kann es zu unerwartet hohen oder niedrigen Verbräuchen kommen. Der Ausfall eines Teils des Stromnetzes beispielsweise, der einige Verbraucher von der Energieversorgung abschneidet, kann zu einer plötzlichen Reduzierung des Stromverbrauchs führen.
Dies führt im Allgemeinen dazu, dass es in Stromnetzen durch ungeplante und/oder kurzfristige Abweichungen von Leistungserzeugung und/oder -verbrauch zu Schwankungen der Netzfrequenz kommt. Die gewünschte Wechselstromfrequenz beträgt beispielsweise in Europa 50 Hz. Eine Verringerung des Verbrauchs gegenüber dem Plan führt zu einer Erhöhung der Frequenz bei planmäßig eingespeister Leistung durch die Energieerzeuger, gleiches gilt für eine Erhöhung der Stromproduktion gegenüber dem Plan bei planmäßigem Verbrauch. Eine Verringerung der Leistung der Energieerzeuger gegenüber dem Plan führt dagegen zu einer Verringerung der Netzfrequenz bei plangemäßem Verbrauch, gleiches gilt für eine Erhöhung des Verbrauchs gegenüber dem Plan bei plangemäßer Erzeugung.
Aus Gründen der Netzstabilität ist es erforderlich, diese Abweichungen in einem definierten Rahmen zu halten. Dazu muss je nach Höhe und Richtung der Abweichung gezielt positive Regelleistung durch Zuschalten von zusätzlichen Erzeugern oder Abschalten von Verbrauchern oder negative Regelleistung durch Abschalten von Erzeugern oder Hinzuschalten von Verbrauchern bereitgestellt werden. Es besteht allgemein der Bedarf an einer wirtschaftlichen und effizienten Bereitstellung dieser Regelleistungen, wobei die Anforderungen an die bereitzuhaltenden Kapazitäten und die Dynamik der Regelleistungsquellen beziehungsweise - senken je nach Charakteristik des Stromnetzes variieren können.
In Europa gibt es beispielsweise ein Regelwerk (UCTE Handbook), das drei verschiedene Kategorien an Regelleistung beschreibt. Darin sind auch die jeweiligen Anforderungen an die Regelleistungsarten festgelegt. Die Regelleistungsarten unterscheiden sich unter anderem in den Anforderungen an die Dynamik und die Dauer der Leistungserbringung. Außerdem werden sie unterschiedlich hinsichtlich der Randbedingungen eingesetzt. Primärregelleistung (PRL) ist unabhängig vom Ort der Verursachung der Störung europaweit von allen eingebundenen Quellen zu erbringen, und zwar im Wesentlichen proportional zur aktuellen Frequenzabweichung. Die absolut maximale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von minus 200 mHz und (absolut) darunter zu erbringen, die absolut minimale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von plus 200 mHz und darüber zu erbringen. Hinsichtlich der Dynamik gilt, dass aus dem Ruhezustand die jeweils (betragsmäßig) maximale Leistung innerhalb von 30 Sekunden bereitgestellt werden muss. Demgegenüber sind Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) in den Bilanzräumen zu erbringen, in denen die Störung aufgetreten ist. Ihre Aufgabe ist es, die Störung möglichst schnell zu kompensieren und somit dafür zu sorgen, dass die Frequenz wieder möglichst schnell, vorzugsweise spätestens nach 15 Minuten wieder im Sollbereich liegt. Hinsichtlich der Dynamik werden an die SRL und die MRL geringere Anforderungen gestellt (5 bzw. 15 Minuten bis zur vollen Leistungserbringung nach Aktivierung), gleichzeitig sind diese Leistungen auch über längere Zeiträume bereitzustellen als Primärregelleistung.
In den bisher betriebenen Stromnetzen wird ein Großteil der Regelleistung von konventionellen Kraftwerken, insbesondere Kohle- und Atomkraftwerken bereitgestellt. Zwei grundsätzliche Problemstellungen resultieren hieraus. Zum einen werden die konventionellen, Regelleistung bereitstellenden Kraftwerke nicht bei Volllast und damit maximalen Wirkungsgraden, sondern leicht unterhalb derselben betrieben, um bei Bedarf positive Regelleistung bereitstellen zu können, ggfs. über einen theoretisch unbegrenzten Zeitraum. Zum anderen sind mit zunehmendem Ausbau und zunehmender bevorzugter Nutzung der Erneuerbaren Energien immer weniger konventionelle Kraftwerke in Betrieb, was aber oftmals die Grundvoraussetzung für die Erbringung von Regelleistungen ist. Aus diesem Grund wurden Ansätze entwickelt, vermehrt Speicher einzusetzen, um negative Regelleistung bzw. -energie zu speichern und bei Bedarf als positive Regelleistung bzw.. energie bereitzustellen. Wird die Regelleistung aus den konventionellen Kraftwerken durch Bereitstellung aus Speichern substituiert, können die in Betrieb befindlichen konventionellen Kraftwerke bei einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden.
Der Einsatz von Hydro-Pumpspeicherwerken zur Erbringung von Regelleistung ist Stand der Technik. In Europa werden alle oben genannten drei Regelleistungsarten von Pumpspeichern erbracht. Hydropumpspeicher werden jedoch auch immer wieder genannt als gegenwärtig wirtschaftlichste Technologie zur Ein- und Ausspeicherung von bevorzugt Erneuerbaren Energien, um Energieangebot und -bedarf zeitlich besser aufeinander anpassen zu können. Das Potenzial zum Ausbau der Speicherkapazitäten - insbesondere in Norwegen - wird kontrovers diskutiert, da für die Nutzung beträchtliche Kapazitäten in Stromleitungen genehmigt und installiert werden müssen. Folglich steht die Nutzung für das energiewirtschaftliche Lastmanagement in Konkurrenz zur Bereitstellung von Regelleistung.
Vor diesem Hintergrund wurden im Bereich der Primärregelleistung in der jüngeren Vergangenheit immer wieder Ansätze untersucht und beschrieben, auch andere Speichertechnologien wie beispielsweise Schwungmassen- und Batteriespeicher für die Bereitstellung von Regelleistung einzusetzen.
Aus der US 2006/122738 A1 ist ein Energiemanagementsystem bekannt, das einen Energieerzeuger und einen Energiespeicher umfasst, wobei der Energiespeicher durch den Energieerzeuger aufladbar ist. Dadurch soll ein Energieerzeuger, der im normalen Betrieb keine gleichmäßige Energieerzeugung gewährleistet, wie zum Beispiel die zunehmend favorisierten erneuerbaren Energien, wie Windkraft- oder Photovoltaikkraftwerke, in die Lage versetzt werden, ihre Energie gleichmäßiger ins Stromnetz abzugeben. Nachteilig ist hieran, dass hierdurch zwar ein einzelnes Kraftwerk stabilisiert werden kann, alle anderen Störungen und Schwankungen des Stromnetzes aber nicht oder nur sehr begrenzt abgefangen werden können.
Die DE 10 2008 046 747 A1 schlägt beispielsweise vor, einen Energiespeicher in einem Inselstromnetz derart zu betreiben, dass der Energiespeicher zur Kompensation von Verbrauchsspitzen und Verbrauchsminima eingesetzt wird.
Es ist aus der WO 2010 042 190 A2 und der JP 2008 178 215 A bekannt, Energiespeicher zur Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung zu verwenden. Wenn die Netzfrequenz einen Toleranzbereich um die gewünschte Netzfrequenz verlässt, wird entweder Energie aus dem Energiespeicher bereitgestellt oder in den Energiespeicher aufgenommen, um die Netzfrequenz zu regulieren. Auch die DE 10 2008 046 747 A1 schlägt vor, einen Energiespeicher in einem Inselstromnetz derart zu betreiben, dass der Energiespeicher zur Kompensation von Verbrauchsspitzen und Verbrauchsminima eingesetzt wird. Nachteilig ist hieran, dass die Energiespeicher nicht die notwendige Kapazität haben, um eine längere Störung oder mehrere, hinsichtlich der Frequenzabweichung gleichgerichtete Störungen hintereinander zu kompensieren.
In dem Artikel„Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control" von Oudalov et al., in IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 3, August 2007, wird die Kapazität eines Akkumulators von technischen und betrieblichen Randbedingungen bestimmt, damit dieser nach den europäischen Normen (UCTE Handbook) Primärregelleistung bereitstellen kann. Es zeigt sich, dass auf Grund der Ein- und Ausspeicherverluste langfristig in unterschiedlichen Zeitabständen immer wieder ein Aufladen oder Entladen des Speichers in größeren Zeitabständen unvermeidbar ist. Die Autoren schlagen dazu die Zeiträume vor, in denen sich die Frequenz im Totband, d. h. in dem Frequenzbereich, in dem keine Regelleistung zu erbringen ist, befindet. Trotzdem kann es kurzfristig bzw. vorübergehend dazu kommen, dass der Speicher überladen wird. Die Autoren schlagen hier den (begrenzten Einsatz) von Widerständen vor, die extremal die komplette negative Nenn-Regelleistung aufnehmen, also hierauf ausgelegt werden müssen. Neben dem zusätzlichen Investitionsbedarf für die Widerstände und deren Kühlung führt dies jedoch, wie von den Autoren selbst schon genannt, zu einer mehr oder weniger unerwünschten Energieentwertung, wobei die entstehende Abwärme in der Regel nicht genutzt werden kann. Die Autoren zeigen auf, dass eine geringere Inanspruchnahme der Verlusterzeugung nur durch eine höhere Speicherkapazität, verbunden mit höheren Investitionskosten, möglich ist.
Nachteilig bei der Bereitstellung von Regelleistung ist, dass die benötigten Komponenten solcher Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Akkumulator, wobei beide Begriffe im Folgenden synonym verstanden werden sollen, sowie ein Wechselrichter oder andere Komponenten, immer auf einen Volllastbetrieb ausgelegt werden müssen. In der Praxis wird jedoch oftmals nur in maximal 50% der aktiven Zeit der Regelleistungsbereitstellung eine entsprechende Vorrichtung im Volllastbetrieb gefahren, mitunter deutlich seltener als zu 50 % der Zeit. In der restlichen aktiven Zeit wird ein Teillastbetrieb benötigt. Der Wirkungsgrad einiger der eingesetzten Komponenten hängt jedoch teilweise stark von der Last ab. Es ist beispielsweise bekannt, dass der Wirkungsgrad von bestimmten Komponenten bei geringer Last gering ist und erst mit höherer Last stark ansteigt. Dies ist deshalb problematisch, da im Fall positiver oder negativer Regelleistung in zumindest 50% der Zeit zusätzliche Energie aufgrund des suboptimalen Wirkungsgrads im Teillastbetrieb eingespeist werden muss oder aufgenommen werden kann. Beispielsweise wird im Fall negativer Regelleistung in zumindest 50 % der Zeit aufgrund des suboptimalen Wirkungsgrads im Teillastbetrieb im Speicher deutlich weniger Energie ankommen als vom Netz aufgenommen wird. Insgesamt führt das zu einer verstärkten Neigung zur Entladung über die Dauer des Betriebs und macht in einem stärkeren Maße geeignete Gegenmaßnahmen erforderlich.
Wird für die Bereitstellung der Regelleistung beispielsweise ein Wechselrichter benötigt, um die Regelleistung mit der gewünschten Wechselstromfrequenz bereitzustellen oder diese aufzunehmen, wie dies beispielsweise bei Batteriespeichern für die Bereitstellung von Regelleistung der Fall ist, treten zusätzlich Verluste aufgrund des Wirkungsgrads des Wechselrichters auf. Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters ist bei hohen Lasten deutlich besser als bei sehr geringer Last, so dass die Bereitstellung von Regelleistung im geringen Umfang, also im Teillastbereich, mit erhöhten Verlusten einhergeht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein Verfahren zum Bereitstellen von Regelleistung geliefert werden, das einen hohen Wirkungsgrad bei der Regelleistungsbereitstellung ermöglicht.
Ferner sollen die Energieerzeuger und Energieverbraucher eine möglichst effiziente Energieausbeute als Regelleistungslieferanten aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll außerdem dazu geeignet sein, die notwendige Regelleistung bei Bedarf möglichst schnell bereitstellen zu können. Insbesondere sollte das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchgeführt werden können.
Darüber hinaus sollte das Verfahren mit möglichst wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden können, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sein sollten.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung und der Ansprüche. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz, wobei die Höhe der bereitgestellten Regelleistung in Abhängigkeit einer Abweichung der Ist-Wechselstromfrequenz von einer Soll-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes bestimmt wird, wobei die Bereitstellung der Regelleistung zur Erhöhung des Wirkungsgrades gepulst erfolgt, wobei die in einem bestimmten Zeitraum aus dem gepulsten Betrieb bereitgestellte Regelenergie der in demselben Zeitraum bereitzustellenden Regelenergie bei einem kontinuierlichen Betrieb einer Regelleistungsquelle entspricht.
Unter einem bestimmten Zeitraum ist erfindungsgemäß ein Zeitintervall zu verstehen, zu dem Regelleistung erbracht werden muss. Das Erbringen von Regelleistung kann beispielsweise durch eine Anforderung des Netzbetreibers oder aufgrund einer gemessenen Frequenzabweichung der Netzfrequenz von der Sollfrequenz (in Europa beispielsweise 50,000 Hz) indiziert sein. Der Zeitraum ergibt sich demgemäß üblich aus der Art der Regelleistung und den entsprechenden Regularien. Die Länge des Zeitraums ist hierbei unkritisch, wobei dieser jedoch so zu wählen ist, dass die Regelleistung gemäß den Regularien erbracht wird. Wegen der im Fall des gepulsten Betriebs unstetigen Leistungserbringung kommt es zwangsläufig innerhalb eines betrachteten Zeitraums immer wieder zu kurzzeitigen, kleinen Abweichungen zwischen der aus dem gepulsten und dem kontinuierlichen Betrieb bereitgestellten Regelenergie. In diesem Zusammenhang sind unter einer Entsprechung der durch gepulsten und kontinuierlichen Betrieb erbrachten Regelenergien auch die Fälle zu verstehen, bei denen die Differenz zwischen der durch einen gepulsten Betrieb und der durch einen kontinuierlichen Betrieb erbrachten Regelenergien zu keinem Zeitpunkt größer ist, als es dem fünffachen, bevorzugt dem doppelten, speziell dem einfachen addierten Energieinhalt des ersten und letzten Pulses in dem betrachteten Zeitraum entspricht.
Grundsätzlich sind dabei alle Begriffe wie Höhe, Reduzieren, Anstieg, Abstieg, aufsteigend, absteigend, usw. immer betragsmäßig zu verstehen.
Auch ist bevorzugt, dass ein Tastgrad gemäß DIN IEC 60469-1 im Bereich von größer null bis 1 , insbesondere 0,05 bis 0,9, bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5, liegt und/oder zumindest zeitweise keine Regelleistung und abwechselnd oder zeitlich versetzt Pulse mit einer Höhe der Regelleistung in einem Bereich von 2 % bis 35 % der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 25 % der Nennleistung, bereitgestellt werden.
Ferner werden in einer speziell bevorzugten Ausführungsform die zeitlichen Abstände vom Beginn eines Pulses bis zum Beginn des darauffolgenden Pulses beschränkt auf maximal 5 min Abstand, bevorzugt auf maximal 2 min Abstand, speziell bevorzugt auf maximal 30 s Abstand und ganz besonders bevorzugt auf maximal 15 s Abstand.
Erfindungsgemäß kann dabei auch bevorzugt sein, dass für eine Reduzierung von Oberschwingungen oder dergleichen die Regelleistung mit einer einem Puls vorangehenden oder nachfolgenden, aufsteigenden oder absteigenden Flanke, insbesondere einer Flanke mit einer Dauer von 1 bis 3 Sekunden, bevorzugt von 2 s, besonders bevorzugt 1 s, bereitgestellt wird, und/oder die Regelleistung mit einem Puls mit einer, insbesondere mehrfach, gestuften Höhe des Pulses bereitgestellt wird, so dass während der Dauer eines Pulses zu Beginn und/oder dem Ende des Pulses nur ein Anteil der bereitzustellenden Regelleistung bereitgestellt wird, und/oder ein Leistungsgradient in einem Bereich von betragsmäßig 1 bis 1000 kW pro Sekunde, bevorzugt 2 bis 500 kW pro Sekunde, ganz besonders bevorzugt 5 bis 50 kW pro Sekunde nicht übersteigt.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Frequenz und die Anzahl der Pulse, der Tastgrad der Pulse, die Höhe der Pulse und/oder die Form der Pulse zur Bereitstellung der angeforderten Regelleistung in Abhängigkeit der Trägheit des Stromnetzes und/oder lokaler Übertragungseigenschaften eines Stromnetzes, insbesondere in einer Impedanz, Kapazität, und/oder dergleichen des Stromnetzes, eingestellt wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bereitstellung der Regelleistung in Abhängigkeit des Wirkungsgrads eines Energieerzeugers, eines Energiespeichers, eines Energieverbrauchers, eines Wechselrichters, der Trägheit des Stromnetzes, lokaler Übertragungseigenschaften eines Stromnetzes und/oder weiterer Komponenten einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung erfolgt.
Auch ist bevorzugt, dass für eine Bestimmung der angeforderten Regelleistung die Ist- Wechselstromfrequenz des Stromnetzes gemessen wird und bei einer Abweichung von einer Soll-Wechselstromfrequenz oder einer Abweichung von einem Toleranzbereich um eine Soll- Wechselstromfrequenz Regelleistung ans Stromnetz abgegeben oder aus dem Stromnetz aufgenommen wird und/oder bei einer Rückkehr der Ist-Wechselstromfrequenz zur Soll- Wechselstromfrequenz oder in den Toleranzbereich die Regelleistung reduziert wird, insbesondere auf null.
Eine über Pulse (Impulse) bereitgestellte Regelleistung ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung und des Verfahrens zur Bereitstellung von Regelleistung, da hierdurch die, insbesondere bei Verwendung von Akkumulatoren, notwendige Leistungselektronik bei einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Unter einem Puls ist ein zeitlich begrenzter stoßartiger Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf zu verstehen, wobei diese Pulse auch als wiederholende Folge von Pulsen eingesetzt werden können. Der Tastgrad gemäß DIN IEC 60469-1 kann hierbei abhängig von der Art der Leistungselektronik und der zu erbringenden Regelleistung gewählt werden, wobei dieser im Bereich von größer null bis 1 , insbesondere im Bereich von 0,05 bis 0,9, bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5, liegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Regelleistung mit einem Energiespeicher, einem Energieerzeuger und/oder einem Energieverbraucher bereitgestellt wird.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren mit einem zusätzlichen Regelleistungserbringer durchgeführt werden. Regelleistungserbringer sind in diesem Zusammenhang Vorrichtungen, die Regelleistung bereitstellen können, die jedoch keinen Energiespeicher darstellen. Zu den Regelleistungserbringern zählen insbesondere Energieerzeuger und Energieverbraucher.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass als Energieerzeuger ein Kraftwerk verwendet wird, vorzugsweise ein Kohlekraftwerk, ein Gaskraftwerk und/oder ein Wasserkraftwerk und/oder als Energieverbraucher ein Werk zum Herstellen einer Substanz verwendet wird, insbesondere ein Elektrolyse-Werk oder ein Metall-Werk, vorzugsweise ein Aluminium-Werk oder ein Stahlwerk.
Solche Energieerzeuger und Energieverbraucher sind zur Bereitstellung von längerfristigen Regelleistungen gut geeignet, sind aber träge. Sie lassen sich gut mit geeigneten Energiespeichern dynamisieren.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass als Energiespeicher ein Schwungrad, ein Wärmespeicher, ein Wasserstofferzeuger und -Speicher mit Brennstoffzelle, ein Erdgaserzeuger mit Gaskraftwerk, ein Pumpspeicherkraftwerk, ein Druckluftspeicherkraftwerk, ein supraleitender magnetischer Energiespeicher, ein Redox-Flow-Element und/oder ein galvanisches Element verwendet wird, vorzugsweise ein Akkumulator oder Kombinationen („Pools") von Speichern oder von Speichern mit konventionellen Regelleistungsquellen oder von Speichern mit Verbrauchern und/oder Energieerzeugern.
Ein als Energiespeicher betriebener Wärmespeicher muss zusammen mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Strom aus der gespeicherten Wärmeenergie betrieben werden. Zu den Akkumulatoren zählen insbesondere Bleiakkumulatoren, Natrium-Nickelchlorid- Akkumulatoren, Natrium-Schwefel-Akkumulatoren, Nickel-Eisen-Akkumulatoren, Nickel- Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Nickel-Wasserstoff-
Akkumulatoren, Nickel-Zink-Akkumulatoren, Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Natrium-Ionen-Akkumulatoren und Kalium-Ionen-Akkumulatoren.
Hierbei sind Akkumulatoren bevorzugt, die einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe betriebliche und kalendarische Lebensdauer aufweisen. Zu den bevorzugten Akkumulatoren zählen demgemäß insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren (z. B. Lithium-Polymer- Akkumulatoren, Lithium-Titanat-Akkumulatoren, Lithium-Mangan-Akkumulatoren, Lithium- Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat-Akkumulatoren, Lithium- Eisen-Yttrium-Phosphat-Akkumulatoren) sowie Weiterentwicklungen dieser, wie zum Beispiel Lithium-Luft-Akkumulatoren, Lithium-Schwefel-Akkumulatoren und Zinn-Schwefel-Lithium- lonen-Akkumulatoren.
Insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit, das heißt, sowohl hinsichtlich der Ansprechzeit als auch der Rate, mit der die Leistung gesteigert oder reduziert werden kann, für erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Zudem ist auch der Wirkungsgrad insbesondere bei Li-Ionen-Akkumulatoren gut. Ferner zeigen bevorzugte Akkumulatoren ein hohes Verhältnis von Leistung zu Kapazität, wobei dieser Kennwert als C-Rate bekannt ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass in dem Energiespeicher eine Energie von zumindest 4 kWh gespeichert werden kann, vorzugsweise von zumindest 10 kWh, besonders bevorzugt zumindest 50 kWh, ganz besonders bevorzugt zumindest 250 kW h.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Energiespeicher eine Kapazität von 1 Ah, bevorzugt 10 Ah und besonders bevorzugt 100 Ah besitzen.
Bei Verwendung von Speichern, die auf elektrochemischen Elementen beruhen, insbesondere Akkumulatoren, kann dieser Speicher vorteilhaft mit einer Spannung von mindestens 1 V, vorzugsweise mindestens 10 V und besonders bevorzugt mindestens 100 V betrieben werden.
Der anzustrebende Ladezustand des Energiespeichers kann vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80% der Kapazität liegen, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 60%. Die Einhaltung und/oder die Rückkehr in diese Ladezustandsbereiche kann beispielsweise durch Nutzung der dieser Erfindung zu Grunde liegende Betriebsweise und/oder über den zuvor näher erläuterten Energiehandel über das Stromnetz erreicht werden. Der Ladezustand entspricht insbesondere im Fall von Akkumulatoren als Energiespeicher dem Ladungszustand (engl.:„State-of-Charge", SoC) oder dem Energiegehalt (engl.:„State-of-Energie", SoE).
Der anzustrebende Ladezustand des Energiespeichers kann von Vorhersagedaten abhängen. So können insbesondere Verbrauchsdaten zur Bestimmung des optimalen Ladezustandes herangezogen werden, die von der Tageszeit, dem Wochentag und/oder der Jahreszeit abhängig sind.
Durch eine Kombination von Regelleistungserbnnger mit einem Energiespeicher kann insbesondere eine dauerhafte Bereitstellung von Regelleistung erzielt werden, ohne dass eine Limitierung hinsichtlich eines Ladezustandes oder einer Kapazität des Energiespeichers besteht oder die Kapazität deutlich kleiner gewählt werden kann. So kann bei einer geringfügigen Abweichung des über einen längeren Zeitraum gebildeten Mittelwertes der Netzfrequenz von der Vorgabefrequenz der Regelleistungserbnnger die Energie in den Energiespeicher zu- oder abführen oder ausgleichen, die der Energiespeicher aufgrund dieses Trends in der Abweichung vermehrt in das Netz eingespeist oder aus den Netz entnommen hat, um eine Regelung auf die Vorgabefrequenz zu bewirken. Dies erfordert im Allgemeinen relativ geringe Energien. Bei einer dauerhaften Abweichung der Netzfrequenz, insbesondere über längere Zeiten, die mindestens 10 Minuten, vorzugsweise mindestens 15 Minuten und speziell bevorzugt mindestens 30 Minuten betragen, kann der Regelleistungslieferant den Energiespeicher zumindest teilweise ersetzen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher eine Nennleistung von zumindest 5 kW hat oder haben, vorzugsweise zumindest 20 kW, besonders bevorzugt zumindest 100 KW und insbesondere besonders bevorzugt von 1 MW.
Dabei ist bevorzugt, dass zumindest zwei, vorzugsweise drei oder mehr, Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher gemeinsam für eine Bereitstellung von Regelleistung betrieben werden (Pool), wobei die Regelleistung, zumindest bis zu einem festzulegenden Anteil an der Nennleistung des gesamten Pools, abwechselnd von zumindest einem Energiespeicher, zumindest einem Energiespeicher und zumindest einem Energieerzeuger und/oder zumindest einem Energiespeicher, insbesondere der Energiespeicher in Form eines Akkumulators und/oder eines Batteriespeicherkraftwerks, besonders bevorzugt in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators, und zumindest einem Energieverbraucher bereitgestellt wird, während vorzugsweise die weiteren Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher keine Regelleistung bereitstellen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Regelleistung in einem ersten Leistungsbereitstellungsbereich von 0% der Nennleistung bis 80% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, insbesondere in einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 50% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, bevorzugt einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 35% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, besonders bevorzugt einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 20% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, gepulst erbracht wird und in einem zweiten Leistungsbereitstellungsbereich, mit einer höheren bereitzustellenden Regelleistung, die Regelleistung kontinuierlich erbracht wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei, vorzugsweise drei oder mehr, Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher gemeinsam für eine Bereitstellung von Regelleistung betrieben werden, wobei die Regelleistung abwechselnd von zumindest einem Energiespeicher, zumindest einem Energiespeicher und zumindest einem Energieerzeuger oder zumindest einem Energiespeicher und zumindest einem Energieverbraucher bereitgestellt wird, während vorzugsweise die weiteren Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher keine Regelleistung bereitstellen.
Auch liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Vorrichtung eine Steuerung oder eine Regelung und einen Wechselrichter umfasst, wobei insbesondere der Energieerzeuger, der Energiespeicher und/oder der Energieverbraucher mittels des Wechselrichters mit dem Stromnetz in Wirkverbindung bringbar ist bzw. sind und die Steuerung die Bereitstellung der Regelleistung steuert, wobei eine pulsweise Abgabe oder Aufnahme von Energie aus oder in den Energiespeicher, dem Energieerzeuger und/oder den Energieverbraucher steuerbar oder regelbar ist.
Schließlich ist bevorzugt, dass die Vorrichtung ein Messmittel zum Messen der Ist- Wechselstromfrequenz des Stromnetzes und einen Speicher umfasst, und die Steuerung oder die Regelung eine in dem Speicher, insbesondere in einem Speicher eines Rechners zur Bestimmung der bereitzustellenden Regelleistung, hinterlegte Soll-Netzfrequenz mit der erfassten Ist-Wechselstromfrequenz vergleicht und basierend auf diesem Vergleich die Bereitstellung der Regelleistung reguliert.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass der Wirkungsgrad einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung durch ein Verfahren erheblich gesteigert werden kann, bei dem die angeforderte Regelleistung nicht kontinuierlich, sondern gepulst bereitgestellt wird, so dass der arithmetische Mittelwert der Pulse der angeforderten Regelenergie entspricht.
Dies liegt auch daran, dass eine Leistungselektronik bei höheren Leistungen mit einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Dies wird durch die vorliegende Erfindung genutzt. Ferner nutzt die vorliegende Erfindung, dass bei Stromnetzen mit vielen Verbrauchern und vielen Erzeugern die gepulste Betriebsweise durch die vielen anderen Lasten des Stromnetzes „verschmiert" wird, d. h., dass die scharfen Pulse, die durch das Verfahren geliefert werden, durch die Trägheit des Stromnetzes zu einem mittleren Wert ausgeglichen werden.
Eine Regelleistung wird immer dann benötigt, wenn die Ist-Wechselstromfrequenz in einem Stromnetz von der Soll-Wechselstromfrequenz abweicht. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass innerhalb eines Frequenzbands, in Deutschland beispielsweise in einem Frequenzband von ± 10 mHz um die Soll-Wechselstromfrequenz von 50 Hz, keine Regelleistung bereitgestellt werden muss. Eine Grenze, bei der die maximal mögliche Regelleistung bereitgestellt werden muss, ist in Europa bei ± 200 mHz festgelegt.
In dem Bereich zwischen diesen Werten soll in Europa nur ein bestimmter Anteil der maximalen bzw. Nenn-Regelleistung, also der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, in das Stromnetz eingespeist werden. Um zu verhindern, dass in diesem Zwischenbereich ein schlechterer Wirkungsgrad der Komponenten einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung auftritt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Regelleistung gepulst bereitgestellt wird. Aufgrund der Trägheit des Stromnetzes entspricht die effektiv bereitgestellte Regelenergie dem arithmetischen Mittelwert der bereitgestellten Regelleistungspulse.
Durch ein solches erfindungsgemäßes Verfahren kann erreicht werden, dass eine Bereitstellung von Regelleistung mit einem höheren Wirkungsgrad der benötigten Komponenten für die Bereitstellung erfolgen kann als bei durchweg kontinuierlicher Leistungsbereitstellung. Üblich wird Regelleistung für eine bestimmte Nennleistung vom Anbieter dem Netzbetreiber zur Verfügung gestellt. Unter der Nennleistung ist vorliegend die Leistung zu verstehen, mit der die Regelleistungsquelle mindestens präqualifiziert ist, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Allerdings kann die Präqualifikationsleistung höher sein als die Nennleistung, die dem Netzbetreiber maximal zur Verfügung gestellt wird. Diese Nennleistung kann auch als kontrahierte Höchstleistung bezeichnet werden, da diese Leistung dem Netz maximal bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise kann diese Nennleistung erfindungsgemäß zumindest im Bereich der maximalen Leistung des Energieerzeugers oder des Energieverbrauchers liegen.
Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil, wie bereits ausgeführt, die Komponenten einer Regelleistungsquelle immer auf einen Betrieb mit Maximalleistung oder Nennleistung ausgelegt sein müssen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zumindest zeitweise keine Regelleistung und abwechselnd oder zeitlich versetzt Pulse mit einer Höhe der Regelleistung in einem Bereich von 2 % bis 35 % der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, vorzugsweise mit 20 % der Nennleistung, bereitgestellt werden., vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 25 % der Nennleistung oder mit Pulsen mit einer Höhe einer Regelleistung mit optimalem Wirkungsgrad der Energieerzeuger, Energieverbraucher und/oder weitere Komponenten einer Regelleistungsquelle bereitgestellt wird.
Die resultierende effektive Regelleistung und somit die bereitgestellte Regelenergie kann dabei beispielsweise über den Tastgrad, die Frequenz und/oder die Höhe der Pulse eingestellt werden. Somit ist es möglich, dass beliebige Zwischenwerte der Regelleistung zwischen null und der Nennleistung immer mit dem optimal erreichbaren Wirkungsgrad der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Vorrichtung bereitgestellt werden können.
Für das Stromnetz ist eine solche getaktete Bereitstellung von Regelleistung unter gewissen Umständen nur mit geringen negativen Einflüssen verbunden, weil das Stromnetz aufgrund einer Vielzahl von rotierenden Massen, beispielsweise in Kraftwerken bei der Energieerzeugung oder bei Verbrauchern, träge ist. Die Trägheit kann dabei so groß sein, dass im gewissen Umfang eine erfindungsgemäß gepulste Regelleistung, bei vergleichsweise geringer angeforderter Regelleistung zur Stabilisierung der Ist-Wechselstromfrequenz im Vergleich zur Gesamtleistung des Stromnetzes, geglättet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass anstelle der kontinuierlichen Erbringung von 50 kW Regelleistung über 5 s über einen Zeitraum von 4 s keine Regelleistung erbracht wird und anschließend ein Puls mit einer Leistung von 250 kW über 1 s erbracht wird, so dass die erbrachte Regelenergie in den beiden vergleichbaren Zeiträumen identisch ist.
Der Unterschied liegt nunmehr darin, dass im Falle der gepulsten Regelleistungsbereitstellung der Wirkungsgrad erheblich höher ist und somit weniger Verluste auftreten. Dies reduziert die Kosten der Bereitstellung von Regelleistung, ohne dass größere Umbauten an den bereits vorhandenen Vorrichtungen zur Bereitstellung der Regelleistung notwendig sind. Auch kann es vorgesehen sein, dass für eine Reduzierung von Oberschwingungen im Stromnetz, die durch eine solche gepulste Bereitstellung von Regelleistung theoretisch entstehen können, die Pulse über eine Flanke angefahren werden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Übergang von keiner Regelleistung zum maximalen oder optimalen Regelleistungspuls und umgekehrt innerhalb einer bestimmten Minimalzeit erfolgt. Das heißt, dass einer Bereitstellung der Regelleistung vorangehend oder nachfolgend eine aufsteigende oder absteigende Flanke vorgesehen wird, die einem Überschwingen entgegenwirkt. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Leistungsgradient in einem Bereich von betragsmäßig 1 bis 1000 kW pro Sekunde, bevorzugt 2 bis 500 kW pro Sekunde, ganz besonders bevorzugt 5 bis 50 kW pro Sekunde nicht übersteigt.
Die dadurch einhergehenden zusätzlichen Verluste aufgrund des nicht optimalen Wirkungsgrads der Komponenten der Vorrichtung können unter bestimmten Umständen im Rahmen der Netzstabilität gerechtfertigt sein, denn durch diese langsameren Flanken bzw. Rampen des Anstiegs oder des Abfallens der Regelleistung mittels besagter Flanken wird sichergestellt, dass es zu keinen unzulässigen oder unerwünschten Anregungen von Störungen und Schwingungen im Stromnetz oder bei den angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern durch einen zu steilen Leistungsgradienten kommt.
Die Frequenz, die Anzahl, der Tastgrad, die Höhe und die Form, die Flanken und/oder die Stufung der Pulse können sich dabei sowohl nach der angeforderten Regelleistung als auch nach der Auswirkung der der Pulse auf das Stromnetz sowie der Zahl der insgesamt über Pulse betriebenen Regelleistungsquellen richten, wobei die Auswirkungen der Pulse auf das Stromnetz unter anderem von dessen Trägheit sowie der elektrotechnischen Netzcharakteristik, insbesondere in Abhängigkeit eines Anschlusses am Nieder- oder Hochspannungsnetz, sowie eines Einflusses von Impedanz, Kapazität und Widerstandswerten des jeweiligen Netzes in der Nähe des Anschlusses, abhängen. Die genaue Auslegung der Pulshöhe, also der Leistung eines Pulses, insbesondere im Verhältnis zur möglichen Maximalleistung oder Nennleistung, kann dabei auch in Abhängigkeit von dem Wirkungsgrad des verwendeten Energiespeichers, Energieerzeugers, Energieverbrauchers, eines Wechselrichters oder der weiteren Komponenten festgelegt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Frequenz, die Anzahl, der Tastgrad, die Höhe und die Form, die Flanken und/oder die Stufung der Pulse von Vorgaben bestimmt, die der Übertragungsnetzbetreiber beispielsweise abhängig von der Tageszeit, dem Wochentag und/oder der Jahreszeit macht. Zum Beispiel können in einem Zeitraum von 5 min vor bis 5 min nach dem Stundenwechsel die Gestaltungsmöglichkeiten enger definiert oder ausgeschlossen werden. Dies ist darin begründet, dass hier oft sehr rapide Frequenzänderungen stattfinden. Es kann im Interesse der Übertragungsnetzbetreiber liegen, dass hier geringere Störungen verursacht werden und damit die Regelenergiebereitstellung sicherer im Sinne von schärfer erfolgt.
Für eine Bestimmung der benötigten Regelleistung kann es vorgesehen sein, dass die Ist- Wechselstromfrequenz des Stromnetzes gemessen wird. Die gemessene Ist- Wechselstromfrequenz wird mit der Soll-Wechselstromfrequenz verglichen und aus diesem Vergleich kann die bereitzustellende effektive Regelleistung bestimmt werden.
Dabei kann es sich als vorteilhaft herausstellen, wenn als Energieerzeuger ein Kraftwerk verwendet wird, vorzugsweise ein Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk oder ein Wasserkraftwerk und/oder als Energieverbraucher eine Werk zum Herstellen einer Substanz verwendet wird, insbesondere ein Elektrolyse-Werk oder ein Metall-Werk, vorzugsweise ein Aluminium-Werk oder ein Stahlwerk.
Mittels der Energieerzeuger kann positive Regelleistung, also Regelleistung zur Erhöhung der Ist-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes, und mittels der Energieverbraucher negative Regelleistung, also Regelleistung zur Reduzierung der Ist-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes, bereitgestellt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass positive Regelleistung auch von Energieverbrauchern durch Reduzierung des Verbrauchs und/oder negative Regelleistung auch von Erzeugern durch Senkung der Erzeugung bereitgestellt wird bzw. werden. Wird eine zu hohe Ist-Wechselstromfrequenz gemessen, kann durch gezieltes, gepulstes Aufschalten eines Energieverbrauchers diese reduziert werden. Wird eine zu niedrige Ist-Wechselstromfrequenz gemessen, wird durch Bereitstellen positiver, gepulster Regelleistung durch einen Energieerzeuger die Ist-Wechselstromfrequenz erhöht.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, einen Energiespeicher als Regelleistungsquelle zu verwenden. Der Energiespeicher kann beispielsweise in Form eines Schwungrads, eines Wasserstofferzeugers und -Speichers mit Brennstoffzelle, einer Wasserstoff-Gasturbine, eines Wasserstoffmotors, eines Erdgaserzeugers mit Gaskraftwerk, eines Pumpspeicherkraftwerks, eines Druckluftspeicherkraftwerks, eines supraleitenden magnetischen Energiespeichers, eines Redox-Flow-Elements und/oder eines galvanischen Elements, vorzugsweise ein Akkumulator und/oder ein Batteriespeicherkraftwerk, besonders bevorzugt ein Lithium-Ionen-Akkumulator, bereitgestellt werden. Der Energiespeicher kann dabei auch mit einem Energieerzeuger und/oder einem Energieverbraucher gemeinsam betrieben werden. Insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit, das heißt, sowohl hinsichtlich der Ansprechzeit als auch der Rate, mit der die Leistung gesteigert oder reduziert werden kann, für erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet. Zudem ist auch der Wirkungsgrad insbesondere bei Li-Ionen-Akkumulatoren gut. Ferner zeigen bevorzugte Akkumulatoren ein hohes Verhältnis von Leistung zu Kapazität, wobei dieser Kennwert als C-Rate bekannt ist.
Dabei kann bevorzugt ein Energiespeicher, ein Energieerzeuger und/oder ein Energieverbraucher mit einer maximalen Leistung oder Nennleistung von zumindest 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 100 kW, 500 kW, oder 1 MW zum Einsatz kommen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann einen Energiespeicher, einen Energieerzeuger, einen Energieverbraucher, eine Steuerung und vorzugsweise einen Wechselrichter umfassen, wobei insbesondere der Energiespeicher mittels des Wechselrichters an ein Stromnetz angeschlossen ist und die Steuerung die Bereitstellung der Regelleistung steuert.
Für die Steuerung der Bereitstellung der Regelleistung kann die Vorrichtung ein Messmittel zum Messen der Ist-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes und einen Speicher umfassen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Rechner mit einem Speicher umfasst ist. In dem Speicher ist insbesondere die Soll-Wechselstromfrequenz hinterlegt sowie die bereitzustellende Leistung im Falle einer Abweichung von dieser. Dabei kann das Messmittel kontinuierlich die Ist-Wechselstromfrequenz messen, wobei dieser Wert bevorzugt kontinuierlich mit der Soll- Wechselstromfrequenz verglichen wird, so dass basierend auf diesem Vergleich und der hinterlegten Leistungsanforderung die Regelleistung und die Art der Erbringung (gepulst oder kontinuierlich) der Vorrichtung reguliert wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
Figur 1 : ein schematisches P-f-Diagramm der quasistatischen Anforderung an eine
Regelleistungsbereitstellung in Abhängigkeit einer Abweichung f der Ist- Wechselstromfrequenz von der Soll-Wechselstromfrequenz;
Figur 2: ein schematisches Diagramm des Wirkungsgrads eines Wechselrichters in
Abhängigkeit der Leistung; Figur 3: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf einer Bereitstellung von Regelleistung nach dem Stand der Technik;
Figur 4: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung von Regelleistung;
Figur 5: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf eines erfindungsgemäßen Flankenanstiegs eines Regelleistungspulses;
Figur 6: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf eines erfindungsgemäßen gestuften Regelleistungspulses;
Figur 7: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung und einer kontinuierlichen
Bereitstellung von Regelleistung in Abhängigkeit von Schwellwerten; und
Figur 8: ein schematisches P-t-Diagramm mit einem alternativen beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung und einer kontinuierlichen Bereitstellung von Regelleistung in Abhängigkeit von Schwellwerten.
In Figur 1 ist ein schematisches P-f-Diagramm 1 der Anforderung an eine Bereitstellung von Regelleistung 3 in Prozent der Nennleistung P/Pmax einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle in Abhängigkeit einer Abweichung f einer Ist-Wechselstromfrequenz von einer Soll- Wechselstromfrequenz eines Stromnetzes in Deutschland dargestellt. Die Bereitstellung der Regelleistung 3 steigt betragsmäßig mit der Höhe der Abweichung der Ist- Wechselstromfrequenz von der Soll-Wechselstromfrequenz an. In der deutlich überwiegenden Zahl der Fälle, in denen Regelleistung benötigt wird, liegt die Abweichung der Ist- Wechselstromfrequenz in einem Bereich von betragsmäßig deutlich unterhalb von 200 mHz, so dass eine viel geringere Regelleistung als die Nennleistung als Regelleistung erbracht werden muss. Es kann dabei vorgesehen sein, dass in einem Bereich einer Abweichung der Ist- Wechselstromfrequenz von ± 10 mHz von der Soll-Wechselstromfrequenz keine Bereitstellung von Regelleistung notwendig ist und erst bei größeren Abweichungen eine Regelleistung bereitgestellt werden soll. In diesem Fall wird dann ab einer Abweichung von größer ± 10 mHz sprunghaft eine Regelleistung bereitgestellt.
In Figur 2 ist ein schematisches Diagramm 5 des Wirkungsgrads eines Wechselrichters in Abhängigkeit der zu erbringenden Leistung P dargestellt. Dabei ist der dargestellte Wirkungsgrad eines Wechselrichters ausschließlich beispielhaft zu verstehen. Der Wirkungsgrad 7 variiert dabei in Abhängigkeit der Leistung P, wobei der Wirkungsgrad η bei höheren Leistungen besser ist als bei sehr geringer Leistung. Dies führt dazu, dass ein Betrieb des Wechselrichters, oder anderer Komponenten einer Regelleistungsquelle, bei Nennleistung oder hoher Leistung vorteilhafter ist als im bei sehr niedrigen Lasten. Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Regelleistung mit zumindest 15%, bevorzugt 20%, der Nennleistung einer Regelleistungsquelle bereitgestellt wird, um einen ausreichend hohen Wirkungsgrad der eingesetzten Komponenten zu gewährleisten.
In Figur 3 ist beispielhaft ein schematisches P-t-Diagramm 9 mit einem exemplarischen Verlauf einer Bereitstellung von Regelleistung 1 1 dargestellt. Ein solcher Verlauf der Bereitstellung von Regelleistung entspricht dem Stand der Technik. Dabei kann wie gezeigt vorgesehen sein, dass ein Durchlaufen der Abweichung der Ist-Wechselstromfrequenz von der Soll- Wechselstromfrequenz durch ein Totband im Bereich von einer betragsmäßigen Abweichung einer Ist-Wechselstromfrequenz von der Soll-Wechselstromfrequenz von 10 mHz dazu führt, dass in dem betreffenden Zeitintervall keine Leistung erbracht wird. Zwischen positiver und negativer Regelleistung kann somit ein endliches Band liegen, in dem, wie in Figur 3 gezeigt, keine Regelleistung erbracht wird. Ist die betragsmäßige Abweichung größer als das Totband, erfolgt ein sprunghafter Anstieg der Regelleistung auf beispielsweise 5% einer Nennleistung einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle.
Figur 4 zeigt ein schematisches P-t-Diagramm 13 mit einem beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung von Regelleistung. Die aus einem gepulsten Betrieb bereitgestellte Regelenergie oder auch äquivalente Regelleistung 17 (gestrichelte Kurve), die durch eine Vielzahl von Pulsen 14 bereitgestellt wird, entspricht dabei der in demselben Zeitraum bereitzustellenden Regelenergie bei einem kontinuierlichen Betrieb einer Regelleistungsquelle. Durch Pulse 14 mit unterschiedlichem Abstand, das heißt unterschiedlichen Dauern, in denen keine Leistung erbracht wird, und durch die Breite der Pulse 14 kann eine gewünschte resultierende Regelleistung 17 bei hohem Wirkungsgrad bereitgestellt werden.
Die bereitgestellte Regelenergie ist somit direkt abhängig vom Tastgrad der Pulse und der Frequenz der Pulse sowie deren Höhe und Form. Beispielsweise führen Pulse 14 mit einem geringeren zeitlichen Abstand (Pulse 15) zu einer absolut höheren resultierenden Regelleistung 17 und solche mit einem größeren zeitlichen Abstand (Pulse 16) im Mittel zu einer niedrigeren resultierenden Regelleistung 17 und somit zu einer höheren bereitgestellten Regelenergie. Zudem kann über die Anzahl der Pulse 14, 15, 16 die resultierenden Regelleistung 17 zusätzlich beeinflusst werden. Die resultierende Regelleistung 17 entspricht dabei im Wesentlichen der Regelleistung 1 1 aus Figur 3, wobei aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ein höherer Wirkungsgrad und somit eine effizientere Bereitstellung der Regelleistung und somit der resultierenden Regelenergie erfolgt. Dabei variiert die Pulshöhe, Dauer und Form im Betrieb in Abhängigkeit der angeforderten Leistung.
Figur 5 zeigt ein schematisches P-t-Diagramm 19 mit einem beispielhaften Verlauf eines erfindungsgemäßen Flankenanstiegs 21 , eines Flankenabfalls 25 und eines Pulses 23 zur Bereitstellung von Regelleistung. Dabei ist gezeigt, dass ein Flankenanstieg 21 in einem Zeitraum von 1 s erfolgt und erst nach dieser Zeit der gewünschte prozentuale Anteil der Nennleistung der Regelleistung bereitgestellt wird, im gegebenen Beispiel einem gewünschten prozentualen Anteil der Nennleistung einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle von 20%. Ein Flankenabfall 25 erfolgt in der Zeit zwischen 3 s und 4 s, so dass die Zeit für den Übergang von der Bereitstellung des prozentualen Anteils der Nennleistung der Regelleistung bis zum Ende des Regelpulses ebenfalls 1 s beträgt. Selbstverständlich sind diese Zeiträume nur beispielhaft zu verstehen und können beispielsweise in Abhängigkeit der Trägheit des Stromnetzes (nicht gezeigt) oder der Breite der Pulse 23 variiert werden. Dabei sollte jedoch ein Flankenanstieg oder -abfall vorteilhafterweise zumindest einen Zeitraum von zumindest 0,5 s umfassen. Grundsätzlich kann über die Flanken 21 , 25, sichergestellt werden, dass es zu keinen unzulässigen oder unerwünschten Anregungen von Störungen und Schwingungen im Stromnetz oder bei den angeschlossenen Verbrauchern und/oder Erzeugern durch einen zu steilen Leistungsgradienten der nicht gezeigten Regelleistungsquelle kommt.
In Figur 6 ist ein schematisches P-t-Diagramm 27 mit einem beispielhaften Verlauf eines erfindungsgemäß gestuften Regelleistungspulses 29 gezeigt. Zu Beginn des Pulses 29 wird zunächst in einer ersten Stufe 31 sprunghaft eine bestimmte Regelleistung bereitgestellt, wie in Figur 6 beispielhaft gezeigt, eine Regelleistung in Höhe von 10% der Nennleistung einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle. An diese erste Stufe 31 schließt sich eine Flanke 21 ' an. Mittels der Flanke 21 ' wird die Erhöhung der Bereitstellung der gewünschten Regelleistung des Pulses 29 verzögert, so dass diese in Abhängigkeit des Flankenanstiegs der Flanke 21 ' erst nach einer bestimmten Zeit, insbesondere nach einer Zeit von mehr als 1 s, bereitgestellt wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Bereitstellung der Regelleistung kann es gleichsam vorgesehen sein, dass eine weitere Flanke 25' und eine weitere Stufe 33 von dem Regelleistungspuls 29 ausgebildet wird, so dass über den beispielhaft realisierten Flankenabfall 25' und die weitere Stufe 33 die bereitgestellte Regelleistung reduziert wird.
Selbstverständlich sind auch diese Zeiträume nur beispielhaft zu verstehen und können beispielsweise in Abhängigkeit der Trägheit eines Stromnetzes (nicht gezeigt) oder der Breite der Pulse 29 variiert werden. Des Weiteren sind selbstverständlich verschiedenste Stufungen 31 , 33, auch mehrfache Stufungen, und verschiedenste Varianten und Ausgestaltungen von Flanken 21 ', 25', von Anstiegen und Abstiegen in vorteilhafter Weise realisierbar und können in Abhängigkeit der Netzcharakterisitik und insbesondere mit Bezug auf eine Minimierung von Anregungen von Störungen und/oder Schwingungen im Stromnetz bereitgestellt werden.
In Figur 7 ist ein schematisches P-t-Diagramm 35 mit einem beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung von Regelleistung 37' in Kombination mit einer kontinuierlichen Bereitstellung von Regelleistung 37 in Abhängigkeit von Schwellwerten 39, 41 gezeigt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass in einem bestimmten Bereich, in Figur 7 durch die Schwellwerte 39, 41 dargestellt, aufgrund der relativ geringen angeforderten Regelleistung 37' zur Steigerung des Wirkungsgrads einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle eine gepulste Bereitstellung der angeforderten Regelleistung mittels einer Vielzahl von Pulsen 43 erfolgt. Wird jedoch eine betragsmäßig größere Regelleistung 37 als diejenige in dem durch die Schwellwerte 39, 41 begrenzten Bereich angefordert, so kann die Bereitstellung dieser Regelleistung entweder wiederum gepulst, oder erfindungsgemäß, wie gezeigt, als kontinuierliche Regelleistung 37 bereitgestellt werden. Diese Kombination aus gepulster und kontinuierlicher Bereitstellung von Regelleistung hat insbesondere den Vorteil, dass bei höheren angeforderten Regelleistungen die Belastungen eines Stromnetzes gegenüber einer gepulsten Bereitstellung minimiert werden, jedoch aufgrund des höheren Betrags der angeforderten Regelleistung gleichsam ein ausreichender Wirkungsgrad an den Komponenten einer nicht gezeigten Regelleistungsquelle erzielt werden kann.
In Figur 8 ist ein schematisches P-t-Diagramm 49 mit einem alternativen beispielhaften Verlauf einer erfindungsgemäßen gepulsten Bereitstellung von Regelleistung 37' in Kombination mit einer kontinuierlichen Bereitstellung von Regelleistung 37 in Abhängigkeit von Schwellwerten 39, 41 gezeigt.
Im Unterschied zu dem Diagramm 35 aus Figur 7 sind alternativ Pulse 43' mit einer Leistung mit einer Höhe von 40% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle dargestellt. Diese Leistung der Pulse 43' richtet sich nach frei gewählten Schwellwerten 45, 47, wobei selbstverständlich auch beliebige andere Schwellwerte 45, 47 gewählt werden können. Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 8 verdeutlicht dabei, dass ein Übergang von gepulster Regelenergiebereitstellung auf kontinuierliche Regelenergiebereitstellung unabhängig von der Höhe der Pulse erfolgen kann und auch die Höhe der Pulse nahezu beliebig wählbar ist.
Die in der voranstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1,5,9, 13, 19, 27, 35, 49 Diagramm
3, 11, 17,37,37' Regelleistung
7 Wirkungsgrad
14, 15, 16, 23, 29, 43, 43', 43' Puls
21, 21', 25, 25' Flanke
31,33 Stufe
39,41,45,47 Schwellwert

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') für ein Stromnetz, wobei die Höhe der bereitgestellten Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') in Abhängigkeit einer Abweichung der Ist-Wechselstromfrequenz von einer Soll-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bereitstellung der Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') zur Erhöhung des Wirkungsgrades (7) gepulst erfolgt, wobei die in einem bestimmten Zeitraum aus dem gepulsten Betrieb bereitgestellte Regelenergie der in demselben Zeitraum bereitzustellenden Regelenergie bei einem kontinuierlichen Betrieb einer Regelleistungsquelle entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
ein Tastgrad gemäß DIN IEC 60469-1 im Bereich von größer null bis 1 , insbesondere 0,05 bis 0,9, bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5, liegt und/oder zumindest zeitweise keine Regelleistung und abwechselnd oder zeitlich versetzt Pulse mit einer Höhe der Regelleistung in einem Bereich von 2 % bis 35 % der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 25 % der Nennleistung, bereitgestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
für eine Reduzierung von Oberschwingungen oder dergleichen die Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') mit einer einem Puls (14, 15, 16, 23, 29, 43, 43') vorangehenden oder nachfolgenden, aufsteigenden oder absteigenden Flanke (21 , 21 ', 25, 25'), insbesondere einer Flanke mit einer Dauer von 1 bis 3 Sekunden, bevorzugt von 2 s, besonders bevorzugt von 1 s, bereitgestellt wird, und/oder die Regelleistung (3, 1 1 , 17,
37, 37') mit einem Puls mit einer, insbesondere mehrfach, gestuften Höhe des Pulses bereitgestellt wird, so dass während der Dauer eines Pulses zu Beginn und/oder dem Ende des Pulses nur ein Anteil der im Puls maximal bereitzustellenden Regelleistung bereitgestellt wird, und/oder ein Leistungsgradient in einem Bereich von betragsmäßig 1 bis 1000 kW pro Sekunde, bevorzugt 2 bis 500 kW pro Sekunde, ganz besonders bevorzugt 5 bis 50 kW pro Sekunde nicht übersteigt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz und die Anzahl der Pulse, der Tastgrad der Pulse, die Höhe der Pulse und/oder die Form der Pulse (14, 15, 16, 23, 29, 43, 43') zur Bereitstellung der angeforderten Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') in Abhängigkeit der Trägheit des Stromnetzes und/oder lokaler Übertragungseigenschaften eines Stromnetzes, insbesondere der Impedanz, Kapazität, und/oder dergleichen des Stromnetzes, eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung der Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') in Abhängigkeit des
Wirkungsgrads (7) eines Energieerzeugers, eines Energiespeichers, eines Energieverbrauchers, eines Wechselrichters, der Trägheit des Stromnetzes, lokaler Übertragungseigenschaften eines Stromnetzes und/oder weiterer Komponenten einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestimmung der angeforderten Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') die Ist- Wechselstromfrequenz des Stromnetzes gemessen wird und bei einer Abweichung von einer Soll-Wechselstromfrequenz oder einer Abweichung über ein Frequenzband/Totband um eine Soll-Wechselstromfrequenz hinaus Regelleistung ins
Stromnetz eingespeist oder aus dem Stromnetz aufgenommen wird und/oder bei einer Rückkehr der Ist-Wechselstromfrequenz zur Soll-Wechselstromfrequenz oder in das Frequenzband die Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') reduziert wird, insbesondere auf null.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelleistung mit einem Energiespeicher, einem Energieerzeuger und/oder einem Energieverbraucher bereitgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher verwendet wird, wobei der Energiespeicher in Form eines Schwungrads, eines Wasserstofferzeugers und -Speichers mit Brennstoffzelle, einer Wasserstoff-Gasturbine, eines Wasserstoffmotors, eines Erdgaserzeugers mit Gaskraftwerk, eines Pumpspeicherkraftwerks, eines Druckluftspeicherkraftwerks, eines supraleitenden magnetischen Energiespeichers, eines Redox-Flow-Elements und/oder eines galvanischen Elements, vorzugsweise eines Akkumulators und/oder eines Batteriespeicherkraftwerks, besonders bevorzugt eines Lithium-Ionen-Akkumulators, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieerzeuger und/oder der Energieverbraucher eine Nennleistung von zumindest 5 kW hat oder haben, vorzugsweise zumindest 20 kW, besonders bevorzugt zumindest 100 KW und insbesondere besonders bevorzugt von 1 MW.
0. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelleistung in einem ersten Leistungsbereitstellungsbereich von 0% der Nennleistung bis 80% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, insbesondere in einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 50% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, bevorzugt einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 35% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, besonders bevorzugt einem Bereich von 0% der Nennleistung bis 20% der Nennleistung einer Regelleistungsquelle, gepulst erbracht wird und in einem zweiten Leistungsbereitstellungsbereich, mit einer höheren bereitzustellenden Regelleistung, die Regelleistung kontinuierlich erbracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugsweise drei oder mehr, Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher gemeinsam für eine Bereitstellung von Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') betrieben werden, wobei die Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37'), zumindest bis zu einem festzulegenden Anteil an der Nennleistung des gesamten Pools, abwechselnd von zumindest einem Energiespeicher, zumindest einem Energiespeicher und zumindest einem Energieerzeuger oder zumindest einem Energiespeicher und zumindest einem Energieverbraucher bereitgestellt wird, während vorzugsweise die weiteren Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energieverbraucher keine Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') bereitstellen.
Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerung oder eine Regelung und einen Wechselrichter umfasst, wobei insbesondere der Energieerzeuger, der Energiespeicher und/oder der Energieverbraucher mittels des Wechselrichters mit dem Stromnetz in Wirkverbindung bringbar ist bzw. sind und die Steuerung die Bereitstellung der Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') steuert, wobei eine pulsweise Abgabe oder Aufnahme von Energie aus oder in den Energiespeicher, den Energieerzeuger und/oder den Energieverbraucher steuerbar oder regelbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ein Messmittel zum Messen der Ist-Wechselstromfrequenz des Stromnetzes und einen Speicher umfasst, und die Steuerung oder die Regelung eine in dem Speicher, insbesondere in einem Speicher eines Rechners zur Bestimmung der bereitzustellenden Regelleistung, hinterlegte Soll-Netzfrequenz mit der erfassten Ist- Wechselstromfrequenz vergleicht und basierend auf diesem Vergleich, insbesondere in Abhängigkeit des Betrags der Abweichung und/oder der Art der Abweichung, die Bereitstellung der Regelleistung (3, 1 1 , 17, 37, 37') reguliert.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9709035B2 (en) 2014-09-03 2017-07-18 General Electric Company System and method for regulating power in a wind farm

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012113051A1 (de) 2012-12-21 2014-06-26 Evonik Industries Ag Verfahren zur Erbringung von Regelleistung zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes, umfassend einen Energiespeicher
DE102013206992A1 (de) * 2013-04-18 2014-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Bereitstellung negativer Regelleistung durch eine Gasturbine
US10074986B2 (en) 2013-05-23 2018-09-11 Caterva Gmbh System for providing a primary control power for a power grid
DE102018133641A1 (de) * 2018-12-27 2020-07-02 Sma Solar Technology Ag Elektrolysevorrichtung mit einem umrichter und verfahren zur bereitstellung von momentanreserveleistung für ein wechselspannungsnetz
CN111953247B (zh) * 2020-06-05 2021-11-05 国网电力科学研究院有限公司 一种水电机组功率精细调节控制方法及装置
CN116897485A (zh) * 2022-01-31 2023-10-17 博隆能源股份有限公司 支持电网的电解槽
DE102022132668A1 (de) 2022-12-08 2024-06-13 RWE Supply & Trading GmbH Bereitstellung von Regelleistung basierend auf einem Frequenztrigger

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060122738A1 (en) 2004-12-03 2006-06-08 Sharp Kabushiki Kaisha Power storage equipment management system
WO2007104167A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Abb Research Ltd Method for operating a battery energy storage system (bess) and battery energy storage system
JP2008178215A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Toshiba Corp 周波数調整システムおよび周波数調整方法
DE102008024222A1 (de) * 2007-08-14 2009-02-26 Karl-Friedrich Schilling Elektrotechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung im Energieversorgungsbereich zur Frequenzstabilisierung eines elektrischen Netzes
DE102008046747A1 (de) 2008-09-11 2010-03-18 Hoppecke Advanced Battery Technology Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Produktionssystems und/oder einer lokalen Anlage im Inselbetrieb
WO2010042190A2 (en) 2008-10-09 2010-04-15 The Aes Corporation Frequency responsive charge sustaining control of electricity storage systems for ancillary services on an electrical power grid
EP2362521A2 (de) * 2010-02-26 2011-08-31 General Electric Company Frequenzsteuerung für eine Energieerzeugung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2361118B (en) * 2000-04-07 2002-05-29 Responsiveload Ltd Responsive load system
GB2407440B (en) * 2003-09-23 2006-02-22 Responsiveload Ltd Grid stabilising system
US7554220B2 (en) * 2004-07-19 2009-06-30 The Kansai Electric Power Co., Inc. Stable power supplying apparatus
US7782644B2 (en) * 2007-03-03 2010-08-24 Sadwick Laurence P Method and apparatus for supplying power
US7772716B2 (en) * 2007-03-27 2010-08-10 Newdoll Enterprises Llc Distributed maximum power point tracking system, structure and process
US8068352B2 (en) * 2008-12-19 2011-11-29 Caterpillar Inc. Power inverter control for grid-tie transition
FR2943188B1 (fr) * 2009-03-11 2013-04-12 Renault Sas Dispositif de charge rapide pour un vehicule electrique.
US8478452B2 (en) * 2010-04-06 2013-07-02 Battelle Memorial Institute Grid regulation services for energy storage devices based on grid frequency

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060122738A1 (en) 2004-12-03 2006-06-08 Sharp Kabushiki Kaisha Power storage equipment management system
WO2007104167A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Abb Research Ltd Method for operating a battery energy storage system (bess) and battery energy storage system
JP2008178215A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Toshiba Corp 周波数調整システムおよび周波数調整方法
DE102008024222A1 (de) * 2007-08-14 2009-02-26 Karl-Friedrich Schilling Elektrotechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung im Energieversorgungsbereich zur Frequenzstabilisierung eines elektrischen Netzes
DE102008046747A1 (de) 2008-09-11 2010-03-18 Hoppecke Advanced Battery Technology Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Produktionssystems und/oder einer lokalen Anlage im Inselbetrieb
WO2010042190A2 (en) 2008-10-09 2010-04-15 The Aes Corporation Frequency responsive charge sustaining control of electricity storage systems for ancillary services on an electrical power grid
EP2362521A2 (de) * 2010-02-26 2011-08-31 General Electric Company Frequenzsteuerung für eine Energieerzeugung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OUDALOV ET AL.: "Optimizing a Battery Energy Storage System for Primary Frequency Control", IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, vol. 22, no. 3, August 2007 (2007-08-01)
VENKATA AJAY KUMAR PAPPU ET AL: "Implementing frequency regulation capability in a solar photovoltaic power plant", NORTH AMERICAN POWER SYMPOSIUM (NAPS), 2010, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 26 September 2010 (2010-09-26), pages 1 - 6, XP031787699, ISBN: 978-1-4244-8046-3 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9709035B2 (en) 2014-09-03 2017-07-18 General Electric Company System and method for regulating power in a wind farm

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