Techik im Detail

Kurzdokumentation

Dokumentation über das Kombikraftwerk inklusive animierter Darstellung der Regelung (ca. 6 Minuten).

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Animation

Animation der Funktionsweise des Kombikraftwerks (ca. 2 Minuten).

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Die Funktionsweise des Regenerativen Kombikraftwerks lässt sich in zwei Stufen unterteilen: die vorausschauende Steuerung und die Feinabstimmung.

Vorausschauende Steuerung

Das Kombikraftwerk vernetzt 36 Erneuerbare-Energien-Kraftwerke, die über ganz Deutschland verteilt sind. Elf Windanlagen, vier Biogas- und zwanzig Solaranlagen sowie ein Pumpspeicherkraftwerk sind durch eine zentrale Steuerungseinheit miteinander verbunden. Diese Kraftwerke sollen ein Zehntausendstel des deutschen Strombedarfs abdecken – dies entspricht dem Strombedarf von 12.000 Haushalten, also einer Stadt wie Schwäbisch Hall. Das Kombikraftwerk zeigt so im Kleinen, was auch im Großen möglich ist: eine jederzeitige Vollversorgung durch Erneuerbare Energien. (vgl. Abb. 1). Das Regenerative Kombikraftwerk passt sich dabei minutengenau an den tatsächlichen Bedarf an. Es deckt Bedarfsspitzen – etwa zur Mittagszeit – ab und speichert in "ruhigen Zeiten" nicht benötigte Strommengen.

Der tatsächliche Verlauf des Strombedarfs ist der zentrale Ausgangspunkt für alle Kraftwerksfunktionen. Die Prognose des Strombedarfs, das so genannte Lastprofil, wird an die zentrale Steuerungseinheit übermittelt. Dort treffen auch die Prognosen über die Leistung von Wind- und Solaranlagen ein. Der Deutsche Wetterdienst stellt die Vorhersagen von Windstärken und Sonnenstunden zur Verfügung. In der zentralen Steuerungseinheit werden diese Daten gegeneinander aufgerechnet. Wind- und Solarenergie können dem Strombedarf nicht exakt entsprechen, da das Angebot an Wind und Sonneneinstrahlung schwankt. So entstehen Über- und Unterversorgungen, die ausgeglichen werden müssen, um Versorgungssicherheit und Netzstabilität zu gewährleisten.

Abb. 1: Funktionsprinzip eines Regenerativen Kombikraftwerks, 1. Stufe: vorausschauende Steuerung.

Wie erfolgt diese Anpassung an den tatsächlichen Strombedarf?

Die zentrale Steuerungseinheit steuert die Anlagen des Kombikraftwerks so, dass sie gemeinsam bedarfsgerecht Strom produzieren.  
Produzieren Wind- und Solaranlagen alleine nicht genügend Strom , muss zusätzliche Anlagenleistung beigesteuert werden.

Sie stammt aus zwei Quellen: Zum einen werden Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt, die aus Biogas Strom und Wärme produzieren. Da Biogas speicherbar ist, steht diese Stromquelle ganz nach Bedarf zur Verfügung. Zum anderen kann Energie direkt in einem Pumpspeicherkraftwerk zwischengespeichert und schnell wieder zur Verfügung gestellt werden. Wird Strom benötigt, fließt Wasser aus einem höher gelegenen Speicherbecken nach unten und treibt einen Generator an. Bei Stromüberschuss wird Wasser durch Rohrleitungen zurück in das Speicherbecken gepumpt. Die Vorhersage des Leistungsbedarfs ermöglicht es, rechtzeitig Fahrpläne für die Steuerung der Blockheizkraftwerke und der Speichersysteme aufzustellen. Übersteigt die Stromproduktion von Wind- und Solaranlagen den Bedarf, wird die überschüssige Energie für das Auffüllen des Pumpspeichers genutzt. Der Strom kann auch exportiert oder zum Antrieb von Elektroautos genutzt werden. In Ausnahmefällen können die Wind- und Solaranlagen gedrosselt werden - dann blieben vorhandene Energiepotenziale aber ungenutzt.

Feinabstimmung

Die genaue Vorhersage der Leistung der beteiligten Kraftwerke erlaubt es, für das Kombikraftwerk vorausschauend grundlegende Steuerungsmuster festzulegen. Dennoch besteht bei der realen Einspeisung noch Ausgleichsbedarf. Trotz genauer Wettervorhersagen weichen die tatsächliche Einspeiseleistung und der Strombedarf in der Regel geringfügig ab. Hier ist die Feinabstimmung der zentralen Steuerungseinheit gefragt. Sie passt mit den tatsächlichen Messwerten den ursprünglichen Fahrplan an.

Abb. 2: Funktionsprinzip eines Regenerativen Kombikraftwerks, 2. Stufe: Regelung (Feinabstimmung).

Wenn das vorhandene Stromangebot nicht ausreicht, setzen die Biogasanlagen und der Speicher ihre freigehaltenen Kapazitäten ein. Die Steuerungszentrale erhält kontinuierlich Daten zur momentanen Leistung aller beteiligten Kraftwerke und fordert bei Bedarf zusätzliche Leistung an. Damit deckt das Regenerative Kombikraftwerk den Strombedarf zeitnah und vollständig aus Erneuerbaren Energien. Gerade der Biogasnutzung kommt eine zentrale Rolle bei der Steuerung des Kombikraftwerks zu. Biogas deckt die Spitzenlast und gleicht die natürlichen Schwankungen von Wind- und Solarenergie aus.

Die realen Leistungsdaten der Wind- und Solaranlagen veranlassen eine mehr oder weniger ausgeprägte Abwandlung der ursprünglichen Fahrpläne. Insbesondere bei einem nicht ausreichenden Angebot müssen die Biogas- sowie die Speicher-Komponente noch über freie Kapazitäten verfügen, um den erforderlichen Restbedarf adäquat decken zu können. Diese neuen Komponentendaten addieren sich dann gegenseitig zu der für die Deckung des Strombedarfs erforderlichen momentanen Leistung, so dass das Ziel erreicht wird, Strom vollständig aus Erneuerbaren Energien stets zu der Zeit und in dem Umfang bereitzustellen, wie es die Nachfrage erfordert. Dabei sei noch einmal explizit darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Biogas zu Steuerungs- und Regelungszwecken als zentrale Maßnahme innerhalb des Kombikraftwerks-Konzeptes angesehen werden kann. Biogas dient damit der Spitzenlastdeckung und nicht, wie es bisher häufig der Fall ist, dem Einsatz im Grundlastbereich. Auf diese Weise lassen sich die natürlichen Schwankungen von Wind- und Solarenergie sinnvoll in ein bedarfsgerechtes Lastprofil überführen.