7th inter-parliamentary meeting on renewables berlin, october 5 th + 6 th 2007
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7th Inter-Parliamentary Meeting on Renewables Berlin, October 5 th + 6 th 2007 Integration of large scale renewable energy into the grid Ralf BISCHOF Managing Director German Wind Energy Association / Bundesverband WindEnergie (BWE). Example: Wind energy in Germany. Status quo 2006. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
7th Inter-Parliamentary Meeting on RenewablesBerlin, October 5th + 6th 2007
Integration of large scale renewable energy
into the grid
Ralf BISCHOFManaging Director
German Wind Energy Association / Bundesverband WindEnergie (BWE)
Example: Wind energy in Germany
Status quo 2006
Wind Energy in Germany – data end 2006
Installed capacity 20,622 MW
Turbines 18,685
Electricity generation 35 billion kWh
Share in gross electricity consumption
6.7%
Employment 82,100
total value added 7.2 billion Euro
Export rate 74 %
Wind energy in Europe: installed capacity
Target 2020
Target 2020
-
20.358
10.000
20.622
27.854 45.000
-
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
2006 Dena grid study2020
BWE target 2020
Lei
stu
ng
[M
egaw
att]
onshore
offshore= 36 TWh/a
= 150 TWh/a
VorherWindpark Simonsberg (Schleswig-Hostein)
Nachher
Repowering
Double capacity [MW]
+
tripple power [kWh]
target: 55.000 MW until 2020!
Are 100% wind power feasible?
Yes! – 2006 in West-Denmark Quelle: DENA
Technology developemt – full load hours
Increase in capacity and efficiency:Development of turbine technology
Verbesserung der Erträge und Verstetigung – Beispiel I
Modellentwicklung eines deutschen Herstellers
Alle Anlagen:
• 2.000 kW Nennleistung • 98 m Nabenhöhe• mittlere Windgeschwindigkeit 6,64 m/s (Durchschnitt)
Rotordurch-Prototyp Ertrag Steigerung Volllast-messer aufgestellt p.a.
stunden
70,4 m 2002 4,31 GWh/a 2.156 h/a
71,0 m 2003 4,87 GWh/a + 13% 2.434 h/a
82,0 m 2005 5,82 GWh/a + 35% 2.909 h/a
#
Verbesserung der Erträge und Verstetigung – Beispiel II
Zusätzlich am gleichen Standort mit 138 m Nabenhöhe:
Rotordurch-Prototyp Ertrag Steigerung Volllast-messer aufgestellt p.a.
stunden
82,0 m 2005 >6,5 GWh/a >+ 50% >3.250 h/a
Nächste Schritt: 90 m Rotordurchmesser?
Die Entwicklung geht weiter ….
… 160 m Nabenhöhe in Laasow/Brandenburg
Die Entwicklung geht weiter ….
… Nabe einer 6-MW-Anlage mit 114 m Rotordurchmesser
Grid integration issues
General grid and system issues Quelle: DENA
Relation between costs and benefits
• Requirements for „low shares“ of wind energy in the system (WEC capacity < minimum system load)
• Requirements for “high shares” of wind energy in the systems(WEC capacity > minimum system load)
Focus: Requirements for „low shares“ of wind energy in the system
System services can be provided by residual conventional power plants
But some contributions of wind farms are indispensable already now
- Reactive power (decentral!)- Congestions management (distribution level)- Low voltage ride through = LVRT - Reaction to disturbances (e.g. under-/overfrequency)- …
Some examples
Simple reactive power requirement: limits for power factorStand: 31.03.2002
Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH
Advanced requirement: reactive power – voltage regulation
LVRT: Grid code requirements for new (and old?) turbines Quelle: DENA
Disturbance 4.11.2006: Overfrequency in North/East-UCTE
Disturbance 4.11.2006: Overfrequency in North/East-UCTE
Disturbance 4.11.2006: Reaction of WECs in E.on grid Quelle: DENA
Grid capacity
• Production management already applied in some regions – grid expansion needs to happen more speedy
• Grid operators are obliged to expand grid
• In the meantime: demand for optimised use of grid, consideration of application of underground cable
Example for optimised grid use through overhead-line monitoring:• Depending on ambient temperature and wind speed increase of
transmission capacity up to 50 %
• Only temperature: 1 % capacity per degree (ambienttemperature / Celsius)
Grid integration – current issues in Germany
5 15 25 35
0
25
50
75
100
125
150
175
200
°C
u
%v = 1,8 m/s
DIN EN 50128
U
Strombelastbarkeit eines Freileitungsseiles mit und ohne Sonneneinstrahlung als Funktion der Umgebungs-temperatur
bei erhöhter Windgeschwindig-keit (Queranströmung 1,8 m/s)
blau: Einfluß der Umgebungs-temperatur
rot: Einfluß der Sonnenein-strahlung
Netzausbau, Netz- und Erzeugungsmanagement
High shares
Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung
Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung
Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung
Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung
Ergebnis
Mit zunehmenden Anteilen von Windstrom verschwindet der Bedarf an Grundlastkraftwerken
Faustformel: 40.000 MW Wind verdrängen 10.000 MW Grundlast
Detailuntersuchung: in Dena-Netzstudie
Dena-Netzstudie: Residuale Last im Jahr 2015 35,9 GW bzw. 77 TWh/a Wind (13,9% d. Verbrauchs)
Stand: 31.03.2002
~ 10 GW
Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung
What happens when the wind stops blowing?
Biogas Tagesspeicher
Plug-in-Hybrid
Biogas - Langzeitspeicher
In Deutschland gibt es Erdgasspeicher mit einem Volumen von 32,6 Mrd. Kubikmeter.
Das Arbeitsvermögen entspricht über 80 Tagen Speicherkapazität.
Speicherwasserkraft in Skandinavien
Speicherinhalte (100%)
- Norwegen 84 TWh- Schweden 34 TWh- Finland 5 TWh
Summe 123 TWh
= 3 Monate des deutschen Stromverbrauchs
Speicherwasserkraft im Nordpool Stand: 31.03.2002
Quelle: www.nordpool.no100% = 123 TWh
Stand: 31.03.2002
Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)
-20.000
-15.000
-10.000
-5.000
-
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000 Ja
nuar
Febru
ar
März
April
Mai
Juni
Juli
August
Septe
mber
Okt
ober
Nove
mber
Deze
mber
Monat
GW
h
Zu-/Abfluss derNordpool Reservoirs
MonatlichesWindangebot
Mittelwert Windangebot
Möglicher Zu-/Abfluss
Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)
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ober
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Deze
mber
Monat
GW
h Zu-/Abfluss der NordpoolReservoirs
Stand: 31.03.2002
Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)
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März
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Monat
GW
h
Zu-/Abfluss derNordpool Reservoirs
MonatlichesWindangebot
Mittelwert Windangebot
Möglicher Zu-/Abfluss
Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)
-20.000
-15.000
-10.000
-5.000
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Deze
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Monat
GW
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Zu-/Abfluss der NordpoolReservoirs
MonatlichesWindangebot
Stand: 31.03.2002
Seekabel Kontinent - Skandinavien
Vorhanden
- 3 x West-Dänemark – Norwegen (Skagerrak), 1.000 MW
- West-Dänemark – Schweden (Konti-Skan), 380 MW
- Deutschland - Ost-Dänemark (Kontek), 550 MW
- Deutschland – Schweden (Baltic), 450 MW
- Polen-Schweden (SwePol), 450 MW
Geplante Seekabel Kontinent - Skandinavien
2008: Niederlande – Norwegen (NorNed), 700 MW, 580 km, 550 m€
2008+: West-Dänemark – Ost-Dänemark (Großer Belt), 600 MW
2011: Deutschland – Norwegen (NorGer - EWE/EGL/Agder/Lyse), 700 MW, 500 m€
2012+: West-Dänemark – Norwegen (Skagerrak 4), 600 MW
201x: Deutschland – Schweden (Vattenfall), ??? MW
Thank your for your attention!
Ralf Bischof German WindEnergy Association (BWE)
Marienstraße 19-20D - 10117 Berlin
Tel.: +49 / (0)30 - 28482-105Fax: +49 / (0)30 - 28482-107
mailto: [email protected]