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Mit der Zielstellung, elektrische Energie bis zum Jahr 2035 nahezu vollständig aus Erneuerbaren Energien zu gewinnen, müssen diese in Zukunft auch Systemdienstleistungen bereitstellen. Frequency Containment Reserve (FCR) sichert den frequenzstabilen Betrieb des kontinentaleuropäischen Stromnetzes und wird aktuell weder durch Windenergie- noch Photovoltaikanlagen bereitgestellt. Die Herausforderung liegt dabei vor allem in der Dargebotsabhängigkeit der Leistung dieser Anlagen, welche die Einhaltung der hohen geforderten Zuverlässigkeit der Bereitstellung erschwert. Im Rahmen der Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die es dargebotsabhängigen Anlagen ermöglicht, mithilfe der Unterstützung eines Speichers an der Bereitstellung von FCR teilzunehmen. Es werden drei Teilmethoden vorgestellt, welche die Herausforderungen von der Dimensionierung des Speichers, über die Gebotsabgabe am Markt bis hin zur koordinierten Steuerung der Anlagen konsistent abdecken.
Für die Dimensionierung des Speichers wird eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Zuverlässigkeit der Bereitstellung für beliebige Speichergrößen zu berechnen und somit eine Aussage über die benötigte Speichergröße zu treffen. Hierbei wird die Copula-Theorie verwendet, um Szenarien der dargebotsabhängigen Leistung und des FCR-Abrufs zu erstellen, welche sowohl die auftretenden räumlichen als auch zeitlichen Abhängigkeiten abbilden.
Die Gebotsabgabe am Markt erfolgt mithilfe einer Optimierung auf Basis des Genetischen Algorithmus, die unter der Berücksichtigung von Vortagsprognosen die maximal bereitstellbare FCR errechnet. Die Einhaltung der geforderten Zuverlässigkeit auch bei auftretenden Prognosefehlern wird innerhalb der Optimierung sichergestellt.
Die koordinierte Steuerung der Anlagen stellt die Bereitstellung der FCR bei kurzfristigen Schwankungen des Dargebots sicher. Um die Bereitstellung optimal auf die Anlagen zu verteilen, wird eine gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung entwickelt, welche die Geschwindigkeitsanforderungen einer Echtzeitsteuerung erfüllt. Zusätzlich wird für die Erbringung der FCR eine dezentrale Steuerung an den einzelnen Anlagen implementiert, welche die Ausfallsicherheit erhöht.
Alle drei Teilmethoden werden mithilfe von Prognose- und Analysedaten des Deutschen Wetterdienstes untersucht und validiert. Es wird für verschiedene Kombinationen aus Windenergie- und Photovoltaikanlagen gezeigt, dass die geforderte Zuverlässigkeit in allen drei Teilbereichen eingehalten werden kann. Insgesamt ergibt sich eine Methode, welche die Bereitstellung von FCR für eine beliebige Anzahl von räumlich verteilten Windenergie- und Photovoltaikanlagen durch die Kombination mit Speichern ermöglicht.
Mit der Zielstellung, elektrische Energie bis zum Jahr 2035 nahezu vollständig aus Erneuerbaren Energien zu gewinnen, müssen diese in Zukunft auch Systemdienstleistungen bereitstellen. Frequency Containment Reserve (FCR) sichert den frequenzstabilen Betrieb des kontinentaleuropäischen Stromnetzes und wird aktuell weder durch Windenergie- noch Photovoltaikanlagen bereitgestellt. Die Herausforderung liegt dabei vor allem in der Dargebotsabhängigkeit der Leistung dieser Anlagen, welche die Einhaltung der hohen geforderten Zuverlässigkeit der Bereitstellung erschwert. Im Rahmen der Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die es dargebotsabhängigen Anlagen ermöglicht, mithilfe der Unterstützung eines Speichers an der Bereitstellung von FCR teilzunehmen. Es werden drei Teilmethoden vorgestellt, welche die Herausforderungen von der Dimensionierung des Speichers, über die Gebotsabgabe am Markt bis hin zur koordinierten Steuerung der Anlagen konsistent abdecken.
Für die Dimensionierung des Speichers wird eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, die Zuverlässigkeit der Bereitstellung für beliebige Speichergrößen zu berechnen und somit eine Aussage über die benötigte Speichergröße zu treffen. Hierbei wird die Copula-Theorie verwendet, um Szenarien der dargebotsabhängigen Leistung und des FCR-Abrufs zu erstellen, welche sowohl die auftretenden räumlichen als auch zeitlichen Abhängigkeiten abbilden.
Die Gebotsabgabe am Markt erfolgt mithilfe einer Optimierung auf Basis des Genetischen Algorithmus, die unter der Berücksichtigung von Vortagsprognosen die maximal bereitstellbare FCR errechnet. Die Einhaltung der geforderten Zuverlässigkeit auch bei auftretenden Prognosefehlern wird innerhalb der Optimierung sichergestellt.
Die koordinierte Steuerung der Anlagen stellt die Bereitstellung der FCR bei kurzfristigen Schwankungen des Dargebots sicher. Um die Bereitstellung optimal auf die Anlagen zu verteilen, wird eine gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung entwickelt, welche die Geschwindigkeitsanforderungen einer Echtzeitsteuerung erfüllt. Zusätzlich wird für die Erbringung der FCR eine dezentrale Steuerung an den einzelnen Anlagen implementiert, welche die Ausfallsicherheit erhöht.
Alle drei Teilmethoden werden mithilfe von Prognose- und Analysedaten des Deutschen Wetterdienstes untersucht und validiert. Es wird für verschiedene Kombinationen aus Windenergie- und Photovoltaikanlagen gezeigt, dass die geforderte Zuverlässigkeit in allen drei Teilbereichen eingehalten werden kann. Insgesamt ergibt sich eine Methode, welche die Bereitstellung von FCR für eine beliebige Anzahl von räumlich verteilten Windenergie- und Photovoltaikanlagen durch die Kombination mit Speichern ermöglicht.
