Wind- und Solarkraftwerke als Regelenergieteilnehmer?

[Marte Schwarz]

Hallo zusammen,
ich bin gerade im Gespräch mit einem Volkswirt und es kam die Frage auf,
ob Wechselrichter in Wind- und Solarkraftwerken in der Lage sind, zur
Frequenzstabilisierung beizutragen.
Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt keinen
Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse" abbilden
sollten oder gar noch besser in das System regelnd eingreifen können
sollten.

Wie sehen die Spezialisten hier dieses:
1. Geht es theoretisch?
2. Wird das schon gemacht?

Bitte keine wilden Spekuationen in der Form "es müsste" oder "ich bin
überzeugt, dass ..." Es reichen mir weniger Antworten von denen, die es
sicher wissen ;-)
Eventuell reicht mir auch ein Hinweis, wen man hier sinnvoller fragen kann.

Vielen Dank

Marte


--
Ideologen sind offenbar die, denen das gehäufte Auftreten von
Geisterfahrern seltsam vorkommt. Nun denn. Hanno Foest in d.s.e

[Volker Staben]

Moin, Marte,

Am 26.09.22 um 10:27 schrieb Marte Schwarz:

> ich bin gerade im Gespräch mit einem Volkswirt und es kam die Frage auf,
> ob Wechselrichter in Wind- und Solarkraftwerken in der Lage sind, zur
> Frequenzstabilisierung beizutragen.
> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt keinen
> Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse" abbilden
> sollten oder gar noch besser in das System regelnd eingreifen können
> sollten.
>
> Wie sehen die Spezialisten hier dieses:
> 1. Geht es theoretisch?

Ja. Konzepte wie droop control oder virtual inertia existieren seit mehr
als 15 Jahren.

> 2. Wird das schon gemacht?

keine "wilde Spekulation", sondern eine begründete Vermutung: nein
bezüglich der Momentanreserve (rotierende Masse). Dafür braucht man
Speicher, die es AFAIR lokal in Windparks oder PV-Anlagen nicht gibt.
AFAIR wird die Systemdienstleistung Momentanreserve auch nicht vergütet.

Für die Teilnahme am Primärregelleistungsmarkt muss man ein
Leistungsband von mindestens ±1 MW bereitstellen, das werden
Einzelanlagen/-Parks nur im Verbund eines virtuellen Kraftwerks
aufbringen. Und auch dafür benötigt man Speicher - insofern ist
folgerichtig, dass die Primärregelleistung von klassischen Regelblöcken
und zunehmend von dedizierten Batteriespeichern erbracht wird.

Gruß, V.

[Jan Schmidt]

Marte Schwarz schrieb am 26.09.22 um 10:27:

> Hallo zusammen,
> ich bin gerade im Gespräch mit einem Volkswirt und es kam die
> Frage auf, ob Wechselrichter in Wind- und Solarkraftwerken in der
> Lage sind, zur Frequenzstabilisierung beizutragen.
> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt
> keinen Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende
> Masse" abbilden sollten oder gar noch besser in das System
> regelnd eingreifen können sollten.
>
> Wie sehen die Spezialisten hier dieses:
> 1. Geht es theoretisch?
> 2. Wird das schon gemacht?
>
> Bitte keine wilden Spekuationen in der Form "es müsste" oder "ich
> bin überzeugt, dass ..." Es reichen mir weniger Antworten von
> denen, die es sicher wissen ;-)
> Eventuell reicht mir auch ein Hinweis, wen man hier sinnvoller
> fragen kann.

kommt drauf an...

Alle Einspeiser / Netzparallel Anlagen beherrschen heute diverse
Modi zur Netzstabilisierung: Q(U), P(U), P(f), FRT (abhängig von
der eingestellten Norm - in D AR-N 41xx).

Das ist aber alles im Subminutenbereich (eher Subsekunden).

Richtige Regelenergie wird für längere Zeit benötigt (z.B.
2x15min innerhalb von 24h). Da wird man ohne einen Speicher nicht
auskommen. Solche Anlagen werden auch extra (einzeln) abgenommen
und dann bei der BNA angemeldet. Nach Anmeldung müssen sie auch
immer (wirklich immer - also unabhängig vom Wetter) die
Regelenergie bereitstellen können, sonst gibts solche
Strafzahlungen, dass das Geschäftsmodell kollabiert.

[Christoph Müller]

Am 26.09.2022 um 22:37 schrieb Jan Schmidt:

> Alle Einspeiser / Netzparallel Anlagen beherrschen heute diverse Modi
> zur Netzstabilisierung: Q(U), P(U), P(f), FRT (abhängig von der
> eingestellten Norm - in D AR-N 41xx).
>
> Das ist aber alles im Subminutenbereich (eher Subsekunden).
>
> Richtige Regelenergie wird für längere Zeit benötigt (z.B. 2x15min
> innerhalb von 24h). Da wird man ohne einen Speicher nicht auskommen.

Auch Brennstoffe sind Energiespeicher. Kleine Maschinen sind bei Bedarf
binnen weniger Sekunden am Netz. Das können zigtausende und mehr sein,
um in Summe auch mit richtig Leistung ans Netz zu gehen. Damit könnte
man selbst im zig-GW-Bereich arbeiten. Ist nur eine Frage der Organisation.

> Solche Anlagen werden auch extra (einzeln) abgenommen und dann bei der
> BNA angemeldet.

Man kann auch jedes Moped einzeln beim TÜV abnehmen lassen. Wäre aber
ziemlich teuer und unpraktisch. Deshalb gibt es Bauartzulassungen, die
dann nur noch alle zwei Jahre überprüft werden. Vergleichbares sollte
sich auch mit massenhaft kleinen Stromerzeugern machen lassen, deren
Abwärme dann gleich dort anfällt, wo sie auch gebraucht wird. Nicht auf
der Grünen Wiese und auch nicht auf der Straße.

> Nach Anmeldung müssen sie auch immer (wirklich immer -
> also unabhängig vom Wetter) die Regelenergie bereitstellen können, sonst
> gibts solche Strafzahlungen, dass das Geschäftsmodell kollabiert.

Hat man Überkapazitäten, kann man es sich leisten, nur die Anlagen
anzuwerfen, die ihre Abwärme auch noch sinnvoll verwerten können.
--
Servus
Christoph Müller
www.astrail.de

[Volker Staben]

Am 27.09.22 um 11:24 schrieb Christoph Müller:

> Am 26.09.2022 um 22:37 schrieb Jan Schmidt:
>> Richtige Regelenergie wird für längere Zeit benötigt (z.B. 2x15min
>> innerhalb von 24h). Da wird man ohne einen Speicher nicht auskommen.
>
> Auch Brennstoffe sind Energiespeicher. Kleine Maschinen sind bei Bedarf
> binnen weniger Sekunden am Netz.

Bei der Primärregelung geht es um eine unmittelbare Änderung der
eingespeisten Wirkleistung in Abhängigkeit von der momentanen
Netzfrequenz. Da sind selbst "wenige Sekunden" deutlich zu langsam.

>> Solche Anlagen werden auch extra (einzeln) abgenommen und dann bei der
>> BNA angemeldet.
>
> Man kann auch jedes Moped einzeln beim TÜV abnehmen lassen. Wäre aber
> ziemlich teuer und unpraktisch. Deshalb gibt es Bauartzulassungen, die
> dann nur noch alle zwei Jahre überprüft werden.

in Bezug auf die Teilnahme am Regelleistungsmarkt ist dieser Hinweis
nicht relevant. Jeder Teilnehmer muss das Präqualifikationsverfahren
einzeln, vollständig und erfolgreich durchlaufen.

> Vergleichbares sollte
> sich auch mit massenhaft kleinen Stromerzeugern machen lassen, deren
> Abwärme dann gleich dort anfällt, wo sie auch gebraucht wird.

https://brink-holzspielzeug.de/spiele/tuetenkasper/472/tuetenkasper-clown-bunte-streifen

V.

[Marte Schwarz]

Hi Volker,

>> Vergleichbares sollte sich auch mit massenhaft kleinen Stromerzeugern
>> machen lassen, deren Abwärme dann gleich dort anfällt, wo sie auch
>> gebraucht wird.
>
> https://brink-holzspielzeug.de/spiele/tuetenkasper/472/tuetenkasper-clown-bunte-streifen

Warum disqualifizierst Du Dich eigentlich freiwillig ?

Marte

[Marcel Mueller]

Am 26.09.22 um 10:27 schrieb Marte Schwarz:

> Hallo zusammen,
> ich bin gerade im Gespräch mit einem Volkswirt und es kam die Frage auf,
> ob Wechselrichter in Wind- und Solarkraftwerken in der Lage sind, zur
> Frequenzstabilisierung beizutragen.

Ja, sind sie. Sehr gut sogar, allerdings nur auf kurzer Zeitachse.

> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt keinen
> Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse" abbilden
> sollten oder gar noch besser in das System regelnd eingreifen können
> sollten.

Die Nordex Windräder hier bei uns in der Nähe machen genau das. Da wird
einfach das innere Drehfeld ein wenig beschleunigt oder gebremst. Damit
kann die Schwungmasse als kleiner Energiespeicher genutzt werden.

Bei Solar geht es nicht so gut. Da hat man keinen Energiespeicher. Dafür
kann der Wechselrichter binnen Sekundenbruchteilen zwischen 0 und MPP
regeln.

> Wie sehen die Spezialisten hier dieses:
> 1. Geht es theoretisch?
> 2. Wird das schon gemacht?

2.

> Bitte keine wilden Spekuationen in der Form "es müsste" oder "ich bin
> überzeugt, dass ..." Es reichen mir weniger Antworten von denen, die es
> sicher wissen ;-)

Ich war kürzlich in so einem Windrad drin.


Marcel

P.S. Der Wechselrichter für das innere Feld macht einen Höllenlärm.

[Volker Staben]

Am 29.09.22 um 19:53 schrieb Marcel Mueller:

>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt keinen
>> Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse" abbilden
>> sollten oder gar noch besser in das System regelnd eingreifen können
>> sollten.
>
> Die Nordex Windräder hier bei uns in der Nähe machen genau das. Da wird
> einfach das innere Drehfeld ein wenig beschleunigt oder gebremst. Damit
> kann die Schwungmasse als kleiner Energiespeicher genutzt werden.

Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
gestellte Regelleistung? Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?
Und ist die Regelleistung überhaupt ausreichend, um im Sinne des Topics
als Regelleistungseinspeiser fungieren zu können?

In welchem Bereich wird die Rotordrehzahl verändert? Welche Auswirkungen
hat das auf Gesamtwirkungsgrad, Ertrag, Pitchregelung und Verschleiß?
Aus welcher Motivation heraus wird das gemacht - AFAIK wird das nicht
vergütet?

Ich habe auch schon von der Idee gehört, durch bspw. Umpumpen von
Flüssigkeiten oder Verlagerung von Massen das Rotationsträgheitsmoment
der Rotoren von WKAn zu ändern ...

Gruß, V.

[Christoph Müller]

Am 04.10.2022 um 10:43 schrieb Volker Staben:
> Am 29.09.22 um 19:53 schrieb Marcel Mueller:

>>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt
>>> keinen Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse"
>>> abbilden sollten oder gar noch besser in das System regelnd
>>> eingreifen können sollten.
>>
>> Die Nordex Windräder hier bei uns in der Nähe machen genau das. Da
>> wird einfach das innere Drehfeld ein wenig beschleunigt oder gebremst.
>> Damit kann die Schwungmasse als kleiner Energiespeicher genutzt werden.
>
> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
> gestellte Regelleistung?

Die ALLER über Wechselrichter einspeisenden WKAs?

> Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?

Wenn man sie alle zusammen zählt? Ist ja das gleiche Netz.

> Und ist die Regelleistung überhaupt ausreichend, um im Sinne des Topics
> als Regelleistungseinspeiser fungieren zu können?

Ich würde einen spezialisierten Professor aus Flensburg fragen.

> In welchem Bereich wird die Rotordrehzahl verändert?

Ohne Massenträgheitsmoment ist das ziemlich uninteressant. Man will ja
wissen, wie viel RegelENERGIE man verfügbar hat. Ist die Regelenergie
von besonderer Bedeutung, dann sollten die Flügelenden mit z.B. Blei-
oder Stahlgewichten ausgerüstet werden. Die Flügelspitzen pflügen
durchaus mit 600 km/h bis 800 km/h durch die Luft. W=1/2*m*v^2
Vermutlich kann man die Energie bis vielleicht 20 km/h noch nutzen. Zu
schnelles Abbremsen dürfte allerdings nicht sehr empfehlenswert sein,
weil dann Flügel, Gondelbefestigung und Turm schnell an ihre Grenzen
kommen. Eine Frage der Dimensionierung.

> Welche Auswirkungen
> hat das auf Gesamtwirkungsgrad, Ertrag, Pitchregelung und Verschleiß?

Das müssen die Hersteller bzw. Auftraggeber beantworten. Beide zusammen
dimensionieren die Anlage.

> Aus welcher Motivation heraus wird das gemacht - AFAIK wird das nicht
> vergütet?

Manche Dinge fallen auch heute noch kostenlos an. Wenn die Regelleistung
allerdings nicht vergütet wird, man dieser auch keine erhöhte
Aufmerksamkeit widmen. Dann gibt's nur die Regelleistung, die mit der
nicht darauf optimierten Anlage kostenlos anfällt.

> Ich habe auch schon von der Idee gehört, durch bspw. Umpumpen von
> Flüssigkeiten oder Verlagerung von Massen das Rotationsträgheitsmoment
> der Rotoren von WKAn zu ändern ...

Machen kann man viel. Wenn's nicht gewollt wird, wird's auch nicht
bezahlt und deshalb dann auch nicht gemacht.

[Marte Schwarz]

Hallo Christoph,

>>>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>>>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt
>>>> keinen Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse"
>>>> abbilden sollten oder gar noch besser in das System regelnd
>>>> eingreifen können sollten.

Ich bin sogar der Meinung, dass dadurch besser und mehr Regelenergie im
Sinne der trägen Masse zur Verfügung gestellt werden dann, also mit
starrer Kopplung. Bei starrer Kopplung ist nur eine minimale
Drehzahländerung nutzbar, mit Wechselrichter kann man die
Rotationsenergie über einen viel weiteren Drehzahlbereich ausnützen.

>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>> gestellte Regelleistung?

Das bleibt eine spannende Frage, insbesondere welche Leistungen darf man
da erwarten?

> Ich würde einen spezialisierten Professor aus Flensburg fragen.

Hol den doch mal hier rein.

> Ohne Massenträgheitsmoment ist das ziemlich uninteressant.

Viel Masse wird man am Rotorblatt nicht haben wollen, jedenfalls nicht
mehr als unbedingt nötig.

>> Aus welcher Motivation heraus wird das gemacht - AFAIK wird das nicht
>> vergütet?
>
> Manche Dinge fallen auch heute noch kostenlos an. Wenn die Regelleistung
> allerdings nicht vergütet wird, man dieser auch keine erhöhte
> Aufmerksamkeit widmen. Dann gibt's nur die Regelleistung, die mit der
> nicht darauf optimierten Anlage kostenlos anfällt.

Das ist ein großes Problem. Ich bin erst gestern wieder an einem neu
angelegten Sonnenfeld vorbeispaziert. Alles gen Süden ertragsoptimiert
aufgeständert, als ob wir um die Mittagszeit zu wenig Solarleistung
hätten ...

> Machen kann man viel. Wenn's nicht gewollt wird, wird's auch nicht
> bezahlt und deshalb dann auch nicht gemacht.

So ist es. Die finanziellen Anreize gehen immer noch in die falsche
Richtung.
An der Tanke hat man das mit den zeitvariablen Preisen problemlos
gefressen, am Strommarkt darf das nie sein.


Marte

[Axel Berger]

Christoph Müller wrote:
> dann sollten die Flügelenden mit z.B. Blei-
> oder Stahlgewichten ausgerüstet werden.

Im Prinzip ja. In der Praxis sind Festigkeit und Materialbelastung schon
jetzt aufwendige Optimierungsaufgaben. Wenn überhaupt, möchte man Flügel
leichter machen, nicht schwerer.


--
/¯\ No | Dipl.-Ing. F. Axel Berger Tel: +49/ 221/ 7771 8067
\ / HTML | Roald-Amundsen-Straße 2a Fax: +49/ 221/ 7771 8069
 X in | D-50829 Köln-Ossendorf http://berger-odenthal.de
/ \ Mail | -- No unannounced, large, binary attachments, please! --

[Axel Berger]

Marte Schwarz wrote:
> mit Wechselrichter kann man die

> Rotationsenergie über einen viel weiteren Drehzahlbereich ausnützen.

Die Drehzahl wird leistungsoptimiert gefahren. Mit der Trägkeit kann ich
eine kurze Spitze für eine oder wenige Sekunden abgeben. Danach gibt die
Anlage weniger Leistung her als sie könnte und sollte. Um die Drehzahl
wieder hochzufahren muß ich die Ausgangsleistung sogar noch weiter
wegnehmen.

> An der Tanke hat man das mit den zeitvariablen Preisen problemlos
> gefressen, am Strommarkt darf das nie sein.

Es wurde hier schon mehrfach vorgerechnet, daß die Kosten für die
Schalt- und Regeleinheiten im Haushaltsbereich selbst dann nicht
reinkommen, wenn es Pfennigartikel werden.

Selbst an der Tankstelle ist der Effekt begrenzt. Ich tanke dann, wenn
ich gerade daran vorbeifahre und die Zeit habe. Wenn ich zur optimalen
Zeit extra aus dem Haus gehen, den Wagen aus der Tiefgarage holen und
gezielt hinfahren würde, wäre jede Ersparnis weg.

[Volker Staben]

Am 04.10.22 um 11:46 schrieb Marte Schwarz:

>>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>>> gestellte Regelleistung?
>
> Das bleibt eine spannende Frage, insbesondere welche Leistungen darf man
> da erwarten?

Genau das würde mich auch interessieren. Deswegen hatte ich exakt diese
Frage gestellt.

>> Ich würde einen spezialisierten Professor aus Flensburg fragen.
>
> Hol den doch mal hier rein.

:-)


Gruß, V.

[Volker Staben]

Am 04.10.22 um 11:35 schrieb Christoph Müller:

>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>> gestellte Regelleistung?
>
> Die ALLER über Wechselrichter einspeisenden WKAs?

Wenn man die wie skizziert zur Verfügung gestellte Regelleistung EINER
WKA wüsste, dann sollte die Multiplikation mit 30 oder 400 kein Problem
sein.

>> Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?
>
> Wenn man sie alle zusammen zählt? Ist ja das gleiche Netz.

??

>> Und ist die Regelleistung überhaupt ausreichend, um im Sinne des
>> Topics als Regelleistungseinspeiser fungieren zu können?
>
> Ich würde einen spezialisierten Professor aus Flensburg fragen.

Ich bin mir nicht sicher, ob der das wüsste. Er könnte die Leistung mit
begründeten Annahmen sicherlich abschätzen - genau so, wie Du das könntest.

>> In welchem Bereich wird die Rotordrehzahl verändert?
>
> Ohne Massenträgheitsmoment ist das ziemlich uninteressant. Man will ja
> wissen, wie viel RegelENERGIE man verfügbar hat.

auch das könnte man abschätzen. Wenn hier aber offensichtlich jemand
mitschreibt, der behauptet, dass konkrete WKA sich so wie hier
diskutiert verhalten, dann weiß derjenige vielleicht auch Konkreteres.

> Machen kann man viel. Wenn's nicht gewollt wird, wird's auch nicht
> bezahlt und deshalb dann auch nicht gemacht.

Es muss auch sinnvoll sein. Nicht alles, was denkbar ist, ist sinnvoll.

Gruß, V.

[Michael S.]

Am 26.09.2022 um 12:54 schrieb Volker Staben:
> Moin, Marte,
>
> Am 26.09.22 um 10:27 schrieb Marte Schwarz:
>> ich bin gerade im Gespräch mit einem Volkswirt und es kam die Frage
>> auf, ob Wechselrichter in Wind- und Solarkraftwerken in der Lage sind,
>> zur Frequenzstabilisierung beizutragen.
>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt keinen
>> Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse" abbilden
>> sollten oder gar noch besser in das System regelnd eingreifen können
>> sollten.
>>
>> Wie sehen die Spezialisten hier dieses:
>> 1. Geht es theoretisch?
>
> Ja. Konzepte wie droop control oder virtual inertia existieren seit mehr
> als 15 Jahren.
>
>> 2. Wird das schon gemacht?
>
> keine "wilde Spekulation", sondern eine begründete Vermutung: nein
> bezüglich der Momentanreserve (rotierende Masse). Dafür braucht man
> Speicher, die es AFAIR lokal in Windparks oder PV-Anlagen nicht gibt.

In WKAs hat man den Speicher doch als rotierende Masse des Rades
verfügbar. Ob die darin gespeicherte Energie in Bezug auf die
Nennleistung des Windrades vergleichbar mit der in einem AKW-Generator
ist, mag ich nicht beurteilen.

Aber bei WKA gibt es in Form der rotierenden Masse des Rotors definitiv
einen (kleinen) Speicher.

Viele Windräder haben dann zusammen einen großen Speicher.

Michael

[Michael S.]

Am 04.10.2022 um 10:43 schrieb Volker Staben:

> Am 29.09.22 um 19:53 schrieb Marcel Mueller:
>>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt
>>> keinen Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse"
>>> abbilden sollten oder gar noch besser in das System regelnd
>>> eingreifen können sollten.
>>
>> Die Nordex Windräder hier bei uns in der Nähe machen genau das. Da
>> wird einfach das innere Drehfeld ein wenig beschleunigt oder gebremst.
>> Damit kann die Schwungmasse als kleiner Energiespeicher genutzt werden.
>
> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
> gestellte Regelleistung? Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?

Ich probiers mal mit einer Milchmädchenrechnung, um die Größenordnungen
herauszufinden:
Ein 75m langer WKA-Flügel wiegt 15t.
https://www.igwindkraft.at/?xmlval_ID_KEY[0]=1257

--- Milchmädchenrechnung Anfang ---

Annahme:
Die rotierende Masse von 45t konzentriert sich auf etwa halbem Radius
und bewegt sich dort mit 50m/s.

Dann haben wir eine gespeicherte Energie von
0,5 * 45000kg * 50m/s * 50m/s = 56mJ = 15,5kWh
Von dieser Energie könnte man z.B. 10% als Regelenergie zur Verfügung
stellen, also 1,5kWh.
Ruft man diese in einer Sekunde ab, wären das 5,5MW.

Das liegt in der gleichen Größenordnung wie der Nennleistung der WKA.
Multipliziert man das mit 30000 Anlagen in Deutschland wären das 165GW
für eine Sekunde.

--- Milchmädchenrechnung Ende ---

Ich mag hier leicht Faktor 10 oder mehr zu hoch liegen, aber interessant
wäre der Vergleich mit den konventionellen rotierenden Massen in
Deutschland. Hat da jemand Zahlen?

--
Michael

[Volker Staben]

Am 04.10.22 um 16:37 schrieb Michael S.:
> --- Milchmädchenrechnung Anfang ---

begründete Annahmen sind erlaubt - danke!

> Annahme:
> Die rotierende Masse von 45t konzentriert sich auf etwa halbem Radius
> und bewegt sich dort mit 50m/s.
>
> Dann haben wir eine gespeicherte Energie von
> 0,5 * 45000kg * 50m/s * 50m/s = 56mJ = 15,5kWh
> Von dieser Energie könnte man z.B. 10% als Regelenergie zur Verfügung
> stellen, also 1,5kWh.

Im Sinne des Topics "Regelenergieteilnehmer" müssen Einspeiser, die am
Primärregelleistungsmarkt teilnehmen wollen, das zugesicherte
Leistungsband für 15 Minuten halten können. Eine WKA könnte demnach also
grob etwa 6 kW Primärregelleistung beisteuern, wenn man so die
Rotationsenergie des Rotors nutzen würde - mehr als zwei Zehnerpoptenzen
unterhalb der Untergrenze von 1 MW.

> Ich mag hier leicht Faktor 10 oder mehr zu hoch liegen, aber interessant
> wäre der Vergleich mit den konventionellen rotierenden Massen in
> Deutschland. Hat da jemand Zahlen?

Der Vergleich ist IMHO nicht zielführend. Die rotierende Masse des
Netzes bezieht sich ja auf die Momentanreserve, nicht auf die
(Primär)Regelung. Das sind zwei verschiedene Baustellen.

V.

[Michael S.]

Meine Milchmädchenrechnung bezog sich tatsächlich auf die
Momentanreserve und das Milchmädchen erweckt den Eindruck, als könnten
WKAs da gut mit dem konventionellen Kraftwerkspark mithalten, sofern man
das umsetzt.
Die Primärregelung mit der rotierenden Masse von konventionellen
Generatoren oder WKAs umzusetzen, auf die Idee ist hier noch keiner
gekommen, oder?

Michael

[Marte Schwarz]

Hi Axel,

>> An der Tanke hat man das mit den zeitvariablen Preisen problemlos
>> gefressen, am Strommarkt darf das nie sein.
>
> Es wurde hier schon mehrfach vorgerechnet, daß die Kosten für die
> Schalt- und Regeleinheiten im Haushaltsbereich selbst dann nicht
> reinkommen, wenn es Pfennigartikel werden.

So ein Quatsch. Das zahlt doch ohnehin der Kunde.

> Selbst an der Tankstelle ist der Effekt begrenzt. Ich tanke dann, wenn
> ich gerade daran vorbeifahre und die Zeit habe. Wenn ich zur optimalen
> Zeit extra aus dem Haus gehen, den Wagen aus der Tiefgarage holen und
> gezielt hinfahren würde, wäre jede Ersparnis weg.

Deshalb funktioniert das Spiel ja und schafft einen gewissen Ausgleich
der Belegungsspitze. Was an der Tanke eher weniger wegen Anreizsteuerung
passiert, hätte bei Solareinspeisung entscheidende Steuereffekte, was
die Rentabilität von Ost-West-Ausrichtungen betrifft.

Marte

[Marte Schwarz]

Hallo Volker,

> Im Sinne des Topics "Regelenergieteilnehmer" müssen Einspeiser, die am
> Primärregelleistungsmarkt teilnehmen wollen, das zugesicherte
> Leistungsband für 15 Minuten halten können.

Es mag sein, dass die hier anwesenden Unwissenden wieder die falsche
Begrifflichkeit verwenden. Hier ging es die ganze Zeit über um die
berühmten rotierenden Massen, welche angeblich nicht unwesentlich zur
Stabilisierung des Netztes beitragen sollen und die damit verbundene
Frage, ob diese rotierende Masse von modernen Windkraftanlagen nun
gestützt wird oder nicht, zumal die wenigsten WKA drehzahlsynchron mit
dem Netz gekoppelt sind. Um die 15 Minuten-Regelreserve geht es dabei
auch bei konventionellen Kraftwerken offensichtlich nicht.

> Der Vergleich ist IMHO nicht zielführend. Die rotierende Masse des
> Netzes bezieht sich ja auf die Momentanreserve, nicht auf die
> (Primär)Regelung. Das sind zwei verschiedene Baustellen.

Das war hier bisher auch nie das Thema.

Marte

[Volker Staben]

Hallo Marte,

Am 05.10.22 um 08:51 schrieb Marte Schwarz:

> Es mag sein, dass die hier anwesenden Unwissenden wieder die falsche
> Begrifflichkeit verwenden. Hier ging es die ganze Zeit über um die
> berühmten rotierenden Massen, welche angeblich nicht unwesentlich zur

> Stabilisierung des Netztes beitragen sollen [...]

Lese ich da zu Recht einen (IMHO unnötigen) ironischen Unterton heraus?

Die rotierenden Massen definieren als Momentanreserve die sog.
Netzanlaufzeit und damit die anfängliche zeitliche Ableitung der
Netzfrequenz nach einer sprungförmigen Laststörung. Das ist einfach eine
Eigenschaft des Netzes, keine bewusst geplante Maßnahme zur
Stabilisierung des Netzes, deswegen bin ich mit Deinen Worten "welche

angeblich nicht unwesentlich zur Stabilisierung des Netztes beitragen

sollen" nicht ganz einverstanden: das klingt in meinen Ohren nach
geplanter Maßnahme.

Unwichtig ist diese Eigenschaft "Netzanlaufzeit" allerdings nicht, denn
je kleiner die Netzanlaufzeit wäre, um so agiler müsste die
Primärregelung sein, um die Frequenzabweichungen innerhalb des
Toleranzbandes von ±200 mHz zu halten. Das ist als Grundprinzip aus der
Regelungstechnik bekannt: je schneller die Strecke, desto schneller der
Regler für z.B. gleiche Überschwingweite. Eine Streckeneigenschaft als
"zur Stabilisierung des Kreises beitragend" zu charakterisieren, klingt
für mich nach falscher Kausalität. Wir haben in der Regelungstechnik
einfach das riesengroße Glück, dass alle realen Strecken nicht
sprungförmig sind und deswegen auch alle unsere Regler eine endliche
Bandbreite haben dürfen :-)

Zum Netz gut nachzulesen z.B. bei

Weißbach, T.: Netzdynamikverhalten und die Rolle des
Netzselbstregeleffekts. Workshop zur dezentralen Netzstützung, Goslar 2009

> und die damit verbundene
> Frage, ob diese rotierende Masse von modernen Windkraftanlagen nun
> gestützt wird oder nicht, zumal die wenigsten WKA drehzahlsynchron mit
> dem Netz gekoppelt sind.

Theoretisch geht es - siehe virtual inertia. In praxi bin ich eher
skeptisch - aus verschiedensten Gründen. Marcel hat dann von konkreten
WKA gesprochen, die es tatsächlich tun sollen, schweigt aber zu weiteren
Details.

Wenn die Netzanlaufzeit in Zukunft weiter sinkt, wird man möglicherweise
auf geplante Maßnahmen zu ihrer Erhöhung rückgreifen müssen. Ob dann
aber WKAn die richtige Implementierung sind, wage ich zu bezweifeln.
Vermutlich ist es günstiger, diese Maßnahme dann in den
Batteriespeichern für die Primärregelung zu implementieren.

> Um die 15 Minuten-Regelreserve geht es dabei
> auch bei konventionellen Kraftwerken offensichtlich nicht.

Du selbst hast in der Wurzel dieses Threads den Begriff
"Regelenergieteilnehmer" verwendet. In Deinem Text kmmen dann die Zitate
"Frequenzstabilisierung" und "in das System regelnd eingreifen" vor.

>> Der Vergleich ist IMHO nicht zielführend. Die rotierende Masse des
>> Netzes bezieht sich ja auf die Momentanreserve, nicht auf die
>> (Primär)Regelung. Das sind zwei verschiedene Baustellen.
>
> Das war hier bisher auch nie das Thema.

Du selbst hast diese zweite Baustelle im Topic und im Text von Beginn an
aufgemacht. Aber ich denke, diese zweite Baustelle können wir in Bezug
auf das Trägheitsmoment von Rotoren von WKAn schließen.

Gruß, V.

[Volker Staben]

Am 04.10.22 um 22:04 schrieb Michael S.:

> Meine Milchmädchenrechnung bezog sich tatsächlich auf die
> Momentanreserve und das Milchmädchen erweckt den Eindruck, als könnten
> WKAs da gut mit dem konventionellen Kraftwerkspark mithalten, sofern man
> das umsetzt.

Das könnte gut sein. Die Frage ist nur: ist das sinnvoll? Nach einer
Inanspruchnahme der Momentanreserve sinkt die Schnellaufzahl und damit
der Wirkungsgrad. Die Energie, die nötig ist, um den Speicher wieder
aufzuladen, wäre möglicherweise als nicht realisierbare Einspeisung
teurer, als wenn ein Batteriespeicher aus mit maximalem Wirkungsgrad
gewonnener Windenergie geladen würde. Außerdem dürften die
Drehzahlschwankungen des Rotors zu stärkerer dynamischer Belastung aller
Komponenten und zu dynamischen Auswirkungen auf die Pitchregelung
führen, das wird man möglicherweise eher vermeiden wollen. Es gibt nette
Videos von gebrochenen Rotorblättern.

Eine notwendige Erhöhung der Netzanlaufzeit auf Batteriespeicher und
Wechselrichter zu übertragen, ohne irgendwelche mechanisch bewegten
Komponenten zu bemühen, klingt jedenfalls für mich schlüssiger.

> Die Primärregelung mit der rotierenden Masse von konventionellen
> Generatoren oder WKAs umzusetzen, auf die Idee ist hier noch keiner
> gekommen, oder?

Aus gutem Grund wohl. Aber gerade hier kommen ja gelegentlich die
abstrusigsten Ideen hoch.

V.

[Christoph Müller]

Am 04.10.2022 um 11:46 schrieb Marte Schwarz:
> Hallo Christoph,

>>>>> Modernere Windkraftwerke arbeiten ja generatorseitig nicht mehr
>>>>> netzsynchron und speisen via Wechselrichter ein. Ich sehe jetzt
>>>>> keinen Grund, warum die Wechselrichter nicht die "rotierende Masse"
>>>>> abbilden sollten oder gar noch besser in das System regelnd
>>>>> eingreifen können sollten.
>
> Ich bin sogar der Meinung, dass dadurch besser und mehr Regelenergie im
> Sinne der trägen Masse zur Verfügung gestellt werden dann, also mit
> starrer Kopplung. Bei starrer Kopplung ist nur eine minimale
> Drehzahländerung nutzbar, mit Wechselrichter kann man die
> Rotationsenergie über einen viel weiteren Drehzahlbereich ausnützen.

Dann bin ich also doch nicht der Einzige, der das so sieht.

>>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>>> gestellte Regelleistung?
>
> Das bleibt eine spannende Frage, insbesondere welche Leistungen darf man
> da erwarten?

Ein Frage der Dimensionierung, weil das die Mechanik gehörig
beanspruchen kann. Deshalb wird man vor dem Bau der Anlage erst mal
danach fragen, wie groß die maximale Leistung sein darf. Maximale
Leistung ist teuer.

>> Ich würde einen spezialisierten Professor aus Flensburg fragen.
>
> Hol den doch mal hier rein.

Der beteiligt sich bereits an der Diskussion.

>> Ohne Massenträgheitsmoment ist das ziemlich uninteressant.
>
> Viel Masse wird man am Rotorblatt nicht haben wollen, jedenfalls nicht
> mehr als unbedingt nötig.

Kennst du den Satz von Steiner? Da kommt es drauf an, wie weit die Masse
vom Rotationszentrum weg ist. Masse in der Nabe bringt nicht viel. Die
an den Rotorenden schon.

>>> Aus welcher Motivation heraus wird das gemacht - AFAIK wird das nicht
>>> vergütet?
>>
>> Manche Dinge fallen auch heute noch kostenlos an. Wenn die
>> Regelleistung allerdings nicht vergütet wird, man dieser auch keine
>> erhöhte Aufmerksamkeit widmen. Dann gibt's nur die Regelleistung, die
>> mit der nicht darauf optimierten Anlage kostenlos anfällt.
>
> Das ist ein großes Problem. Ich bin erst gestern wieder an einem neu
> angelegten Sonnenfeld vorbeispaziert. Alles gen Süden ertragsoptimiert
> aufgeständert, als ob wir um die Mittagszeit zu wenig Solarleistung
> hätten ...

Gibt's viel Solarstrom, können und sollten Verbrennungsprozesse
abgeschaltet werden. Dafür braucht es ein Managementsystem. Über den
Strompreis sollte das recht elegant zu machen sein.

>> Machen kann man viel. Wenn's nicht gewollt wird, wird's auch nicht
>> bezahlt und deshalb dann auch nicht gemacht.
>
> So ist es. Die finanziellen Anreize gehen immer noch in die falsche
> Richtung.
> An der Tanke hat man das mit den zeitvariablen Preisen problemlos
> gefressen, am Strommarkt darf das nie sein.

Mal sehen, was unser Professor zum Thema meint.

[Christoph Müller]

Am 04.10.2022 um 13:03 schrieb Axel Berger:
> Marte Schwarz wrote:

>> mit Wechselrichter kann man die
>> Rotationsenergie über einen viel weiteren Drehzahlbereich ausnützen.
>
> Die Drehzahl wird leistungsoptimiert gefahren. Mit der Trägkeit kann ich
> eine kurze Spitze für eine oder wenige Sekunden abgeben. Danach gibt die
> Anlage weniger Leistung her als sie könnte und sollte. Um die Drehzahl
> wieder hochzufahren muß ich die Ausgangsleistung sogar noch weiter
> wegnehmen.

Aus diesem Grund wird man ohne finanzielle Anreize nur die Regelleistung
abgreifen, die sich aus dem normalen Betrieb ergibt. Wollte man
mehr, müsste der finanzielle Verlust irgendwie ausgeglichen werden.

>> An der Tanke hat man das mit den zeitvariablen Preisen problemlos
>> gefressen, am Strommarkt darf das nie sein.
>
> Es wurde hier schon mehrfach vorgerechnet, daß die Kosten für die
> Schalt- und Regeleinheiten im Haushaltsbereich selbst dann nicht
> reinkommen, wenn es Pfennigartikel werden.

Was wurde hier nicht schon alles vorgerechnet. Das Wesen der
Wirtschaftlichkeit wird dabei i.d.R. völlig vergessen. Wenn da irgendwer
sagt "wirtschaftlich" oder "nicht wirtschaftlich", dann wird das
meistens einfach so hingenommen, ohne zu wissen, was Wirtschaftlichkeit
überhaupt bedeutet. Nämlich Nutzen geteilt durch den dafür nötigen
Aufwand. Und schon merkt man, wie subjektiv der Begriff der
Wirtschaftlichkeit überhaupt ist.

Die "Pfennigartikel", von denen du hier schreibst, sind im Wesentlichen
Euro pro kWh. Es geht pro Haushalt um tausende von kWh im Bereich
30...50 Ct/kWh. Da läppert sich, dank Putins Krieg, inzwischen Einiges.
Das Einsparpotenzial ist entsprechend. Jetzt gäbe es also viel zu tun.
Allerdings waren die Fachkräfte vorher schon knapp. Jetzt sind sie noch
knapper, weil plötzlich alle PV auf dem Dach haben wollen. Dazu noch
riesige Akkus und Notstromaggregate. Jetzt muss alles schnell gehen,
weil die Energiepreise explodieren.

Damit keiner was spürt, fördert die Regierung nun die fossilen Energien
mit etwa 2.500,- Euro pro Nase. Wie man von ihnen los kommt - wen
interessiert das schon? Dabei wäre genau das jetzt das Gebot der Stunde.
Aber wozu Weitsicht, wenn man auch die Notenpresse anwerfen kann? Dass
das zur Verarmung der Bevölkerung führt, weiß man in Fachkreisen. Aber
die Wähler werden erst reagieren, wenn's wirklich am eigenen Leib
schmerzt. Bis dahin gilt: Business as usual. Aber auf keinen Fall
irgendwas in Richtung Astrail-Konzept unternehmen.

[Christoph Müller]

Am 04.10.2022 um 12:52 schrieb Axel Berger:
> Christoph Müller wrote:

>> dann sollten die Flügelenden mit z.B. Blei-
>> oder Stahlgewichten ausgerüstet werden.
>
> Im Prinzip ja. In der Praxis sind Festigkeit und Materialbelastung schon
> jetzt aufwendige Optimierungsaufgaben. Wenn überhaupt, möchte man Flügel
> leichter machen, nicht schwerer.

Das ist i.d.R. eine Frage der Finanzen. Sie bestimmen meistens, in
welche Richtung optimiert wird. Wird die Regelleistung ordentlich
honoriert, dürfen die Flügel auch mal etwas schwerer und teurer sein.
Dann werden die Flügel halt aus CFK statt GFK gemacht. Das Zeug ist
leichter und fester. Deshalb kann man an den Flügelenden mehr
Schwungmasse rein packen und hat damit mehr Regelenergie zur Verfügung.
Weil mit mehr Leistung auch größere Drehmomente zu erwarten sind, wird
die Aufhängung der Gondel wie auch der Mast entsprechend teurer. Eine
klassische Optimierungsaufgabe halt...

[Christoph Müller]

Am 04.10.2022 um 14:33 schrieb Volker Staben:
> Am 04.10.22 um 11:35 schrieb Christoph Müller:

>> Machen kann man viel. Wenn's nicht gewollt wird, wird's auch nicht
>> bezahlt und deshalb dann auch nicht gemacht.
>
> Es muss auch sinnvoll sein. Nicht alles, was denkbar ist, ist sinnvoll.

Wer befindet mit welchen Kriterien darüber, was sinnvoll ist und was
nicht und für wen soll er sprechen? Was ist sinnvoller? Ein Smart oder
ein Ferrari? Warum werden beide Fahrzeugtypen gebaut und gewinnbringend
verkauft?

[Marcel Mueller]

Am 04.10.22 um 16:37 schrieb Michael S.:

>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>> gestellte Regelleistung? Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?
> Ich probiers mal mit einer Milchmädchenrechnung, um die Größenordnungen
> herauszufinden:
> Ein 75m langer WKA-Flügel wiegt 15t.
> https://www.igwindkraft.at/?xmlval_ID_KEY[0]=1257
>
> --- Milchmädchenrechnung Anfang ---
>
> Annahme:
> Die rotierende Masse von 45t konzentriert sich auf etwa halbem Radius
> und bewegt sich dort mit 50m/s.
>
> Dann haben wir eine gespeicherte Energie von
> 0,5 * 45000kg * 50m/s * 50m/s = 56mJ = 15,5kWh
> Von dieser Energie könnte man z.B. 10% als Regelenergie zur Verfügung
> stellen, also 1,5kWh.
> Ruft man diese in einer Sekunde ab, wären das 5,5MW.

Hier wird es eng. Das ganze muss immer noch durch den Generator durch.
Heißt, man kann nur Regeln, wenn man sich im Bereich dessen Nennleistung
bewegt, und zwar _inklusive_ der aktuellen Einspeiseleistung.
Wir sprechen also von höchstens 10% der Nennleistung, die zum Regeln
bereit steht. (Ich meine der Kollege hätte dazu auch etwas gesagt, aber
ich habe es vergessen.)

> Das liegt in der gleichen Größenordnung wie der Nennleistung der WKA.
> Multipliziert man das mit 30000 Anlagen in Deutschland wären das 165GW
> für eine Sekunde.

Und eine Sekunde braucht auch niemand. Man wird also vmtl. eher auf 0,1%
Nennleistung regeln. Das hält wenigstens 16 Minuten. Beim typisch
deutschen Strommix wären das um die 14MW, bzw. 0,02% der Gesamtleistung.
Zumindest besser als nichts.

Aber wenn ich es richtig verstanden habe, geht es eher um lokale
Stabilisierung, wenn die PV in der Gegend gerade mal gegen eine Wolke
kämpft oder auch das Gegenteil.


Marcel

[Michael S.]

Am 05.10.2022 um 11:22 schrieb Volker Staben:
> Am 04.10.22 um 22:04 schrieb Michael S.:
>> Meine Milchmädchenrechnung bezog sich tatsächlich auf die
>> Momentanreserve und das Milchmädchen erweckt den Eindruck, als könnten
>> WKAs da gut mit dem konventionellen Kraftwerkspark mithalten, sofern
>> man das umsetzt.
>
> Das könnte gut sein. Die Frage ist nur: ist das sinnvoll? Nach einer
> Inanspruchnahme der Momentanreserve sinkt die Schnellaufzahl und damit
> der Wirkungsgrad.

Klar. Aber das Wirkungsgradmaximum bei der Schnelllaufzahl ist relativ
breit, kleine Schwankungen dürften sich kaum auswirken und große
Schwankungen dürften selten seind und über die Gesamtbetriebsstunden
gesehen kaum ins Gewicht fallen.

> Die Energie, die nötig ist, um den Speicher wieder
> aufzuladen, wäre möglicherweise als nicht realisierbare Einspeisung
> teurer, als wenn ein Batteriespeicher aus mit maximalem Wirkungsgrad
> gewonnener Windenergie geladen würde.

Möglicherweise. Jeder weiß aber, dass Strom aus Batteriespeichern
derzeit aber noch sehr teuer ist.
Der Rotationsspeicher in der WKA ist dagegen jetzt schon da, er muss nur
angezapft werden (natürlich so, dass die Lebensdauer der Maschine nicht
nennenswert negativ beeinflusst wird).

> Außerdem dürften die
> Drehzahlschwankungen des Rotors zu stärkerer dynamischer Belastung aller
> Komponenten und zu dynamischen Auswirkungen auf die Pitchregelung
> führen, das wird man möglicherweise eher vermeiden wollen. Es gibt nette
> Videos von gebrochenen Rotorblättern.

Das ist klassische Ingenieursarbeit, das zu rechnen, zu simulieren und
anderweitig abzusichern.
Und da kommt dann für jeden Windkrafttyp eben eine andere umsetzbare
Grenze raus.

> Eine notwendige Erhöhung der Netzanlaufzeit auf Batteriespeicher und
> Wechselrichter zu übertragen, ohne irgendwelche mechanisch bewegten
> Komponenten zu bemühen, klingt jedenfalls für mich schlüssiger.

Andere Fraktionen meinen, dass wirklich nur klassische echte rotierende
Massen der Weisheit letzter Schluss sei.
Technisch machbar sind alle Varianten mit ihren Vor- und Nachteilen.
Dazu gehören definitiv auch Kosten und Lebensdauer. Gerade letzteres ist
bei Batteriespeichern dann doch sehr spannend. Auch da will man keine 20
Vollzyklen am Tag fahren, weil man den Speicher bei der aktuellen
Batterietechnik dann in wenigen Jahren ersetzen muss.

Michael

[Michael S.]

Am 04.10.2022 um 13:03 schrieb Axel Berger:

> Marte Schwarz wrote:
>> mit Wechselrichter kann man die
>> Rotationsenergie über einen viel weiteren Drehzahlbereich ausnützen.
>
> Die Drehzahl wird leistungsoptimiert gefahren. Mit der Trägkeit kann ich
> eine kurze Spitze für eine oder wenige Sekunden abgeben. Danach gibt die
> Anlage weniger Leistung her als sie könnte und sollte. Um die Drehzahl
> wieder hochzufahren muß ich die Ausgangsleistung sogar noch weiter
> wegnehmen.

Du schreibst das sehr pessimistisch. Die Energie, die ich in der Spitze
zusätzlich abgeben muss, muss ich mir natürlich zu einem späteren
Zeitpunkt wieder aus dem Netz holen bzw. muss halt später weniger
einspeisen. Das ist klar, das macht ein Kohlekraftwerksgenerator oder
ein Batteriespeicher ja auch. Im Mittel hat der Effekt also überhaupt
keinen Einfluss auf den Ertrag.

Auf den Ertrag Einfluss hat, dass ich die WKA für kurze Zeit aus dem
maximalen Wirkungsgrad rausfahren muss. Das können 10% Verlust sein oder
auch nur 0,1%. Das ist Auslegungssache und je nach Auslegung kann man
den Wirkungsgradverlust fast vernachlässigen.

Man beachte, dass die Energie quadratisch in der
Rotationsgeschwindigkeit drinsteckt. Wenn ich die Drehzahl also um 1%
erniedrige bekomme ich 2% der eingespeicherten Rotationsenergie zurück.

Wenn ich mir die im Internet ergoogelbaren Kurven der Schnelllaufzahl so
anschaue, dann verliere ich Pi mal Daumen bei 10% Drehzahlabweichung
2-5% Ertrag. Bei 1% Drehzahlabweichung dürfte der Ertragsverlust wohl
bei unter 0,1% liegen.

Ich glaube, das ist alles gar nicht so das Thema und technisch sicher
beherrschbar, sofern man das machen möchte.

Spannend ist sicher, wie stark solche Verfahren die Mechanik schneller
altern lässt. Metalle leiden bei Wechselbelastung unter
Materialermüdung. Bei faserverstärkten Kunststoffen ist so ein Verhalten
meines Wissens nach aber nicht bekannt.

Sofern die WKAs ein Getriebe haben, hat man bei jedem Lastwechsel
natürlich auch einen Durchgang durch das Getriebespiel. Hier könnte ich
mir vorstellen, dass das ein großes Problem ist.
Man müsste die simulierte träge Masse dann so begrenzen, dass sich
niemals das Vorzeichen des Drehmomentes ändern muss, dass man also
niemals in den motorischen Betrieb wechselt.

Michael

[Michael S.]

Am 05.10.2022 um 20:17 schrieb Marcel Mueller:
> Am 04.10.22 um 16:37 schrieb Michael S.:
>>> Die Möglichkeit besteht. Wie groß ist die dadurch zur Verfügung
>>> gestellte Regelleistung? Wie lange kann sie aufrecht erhalten werden?
>> Ich probiers mal mit einer Milchmädchenrechnung, um die
>> Größenordnungen herauszufinden:
>> Ein 75m langer WKA-Flügel wiegt 15t.
>> https://www.igwindkraft.at/?xmlval_ID_KEY[0]=1257
>>
>> --- Milchmädchenrechnung Anfang ---
>>
>> Annahme:
>> Die rotierende Masse von 45t konzentriert sich auf etwa halbem Radius
>> und bewegt sich dort mit 50m/s.
>>
>> Dann haben wir eine gespeicherte Energie von
>> 0,5 * 45000kg * 50m/s * 50m/s = 56mJ = 15,5kWh
>> Von dieser Energie könnte man z.B. 10% als Regelenergie zur Verfügung
>> stellen, also 1,5kWh.
>> Ruft man diese in einer Sekunde ab, wären das 5,5MW.
>
> Hier wird es eng. Das ganze muss immer noch durch den Generator durch.
> Heißt, man kann nur Regeln, wenn man sich im Bereich dessen Nennleistung
> bewegt, und zwar _inklusive_ der aktuellen Einspeiseleistung.
> Wir sprechen also von höchstens 10% der Nennleistung, die zum Regeln
> bereit steht. (Ich meine der Kollege hätte dazu auch etwas gesagt, aber
> ich habe es vergessen.)

Das ist klar. Ich habe halt mit einer Annahme angefangen zu rechnen
(10%) und bin damit bei erheblichen Leistungen rausgekommen. Habe die
Rechnung für Euch hier dann nicht nochmal mit was kleinerem Sinnvollerem
gestartet.

Wir könnten ja auch sagen, wir stellen nur 1% der Rotationsenergie für
die Momentanreserve zur Verfügung, dann müssten wir aufgrund des
quadratischen Zusammenhangs die Drehzahl der WKA nur um 0,5% ändern.
Wir lägen dann mit meinen unveränderten anderen Annahmen in der
Größenordnung von 10% der Nennleistung und würden den Bereich des besten
aerodynamischen Wirkungsgrades nicht verlassen.

>
>> Das liegt in der gleichen Größenordnung wie der Nennleistung der WKA.
>> Multipliziert man das mit 30000 Anlagen in Deutschland wären das 165GW
>> für eine Sekunde.
>
> Und eine Sekunde braucht auch niemand. Man wird also vmtl. eher auf 0,1%
> Nennleistung regeln. Das hält wenigstens 16 Minuten. Beim typisch
> deutschen Strommix wären das um die 14MW, bzw. 0,02% der Gesamtleistung.
> Zumindest besser als nichts.

Egal wie man mit den Zahlen hantiert. Die Energie in den rotierenden
Massen der WKAs scheint riesig zu sein, in Summe viel größer, als man
für die reine Momentanreserve im Netz braucht.
Bei Flaute fällt das dann aber komplett weg, will man die WKAs nicht
motorisch bewegen, das muss auch klar sein.

> Aber wenn ich es richtig verstanden habe, geht es eher um lokale
> Stabilisierung, wenn die PV in der Gegend gerade mal gegen eine Wolke
> kämpft oder auch das Gegenteil.

Es geht hier um die Trägheit des ganzen Netzes, Volker nennt das
"Netzanlaufzeit". Diese könnte man mit simulierten trägen Massen in WKAs
nach meinen Milchmädchenrechnungen signifikant erhöhen, sofern man das
will und es erforderlich ist.
Relevant wird das bei größeren Lastsprüngen, wenn also z.B. durch eine
Störung schlagartig ein Kraftwerk vom Netz geht. Hier hilft die
Momentanreserve, also die trägen Massen im Netz, bis die Primärregelung
den Kraftwerksausfall kompensiert hat.

Michael

[Axel Berger]

Christoph Müller wrote:
> Aus diesem Grund wird man ohne finanzielle Anreize nur die Regelleistung
> abgreifen,

Mit ging es hier gar nicht um das fianzielle. Ja, die WKA kann für
einige Sekunden aus ihrer Trägheit eine Lastspitze abgeben. Aber danach
wird ihre kontinuierliche Leistung spürbar gefallen sein. Ein Problem
für Sekunden zu lösen um den Preis, direkt danach für eine längere Zeit
als diese ein größeres zu haben, ist wenig hilfreich.

[Axel Berger]

Christoph Müller wrote:
> Masse in der Nabe bringt nicht viel. Die
> an den Rotorenden schon.

Ja, beim hier geforderten Abbremsen Biegemoment an der Befestigung des
Blattes an der Nabe. Die Stelle war vorher schon hoch belastet. Gute
Ideen, die Blätter leichter zu machen, könntest Du dort vermutlich
gewinnbringend verkaufen, schwerer will man nicht.

[Axel Berger]

Volker Staben wrote:
> müssen Einspeiser, die am
> Primärregelleistungsmarkt teilnehmen wollen,

Wenn ich es richtig verstehe reden wir hier die ganze Zeit nicht übetr
diese Primärregelung sondern um die Momentanreserve oder wie sie korrekt
genau heißt.

[Christoph Müller]

Am 05.10.2022 um 23:15 schrieb Axel Berger:
> Christoph Müller wrote:

>> Aus diesem Grund wird man ohne finanzielle Anreize nur die Regelleistung
>> abgreifen,
>
> Mit ging es hier gar nicht um das fianzielle. Ja, die WKA kann für
> einige Sekunden aus ihrer Trägheit eine Lastspitze abgeben. Aber danach
> wird ihre kontinuierliche Leistung spürbar gefallen sein. Ein Problem
> für Sekunden zu lösen um den Preis, direkt danach für eine längere Zeit
> als diese ein größeres zu haben, ist wenig hilfreich.

Auch das ist nur eine Standard-Optimierung. Wenn für ein paar Sekunden
eine hohe Spitzenleistung abgegeben werden kann und danach für viel mehr
Sekunden die Leistung fällt, dann kann das sehr wohl hilfreich sein.
Denn das ist der Zeitraum, den größere Maschinen typischerweise zum
Anfahren brauchen. Anfangs ziehen sie so viel Strom, dass man um die
Sicherungen fürchten muss. (Deshalb wird auch gerne mit Strombegrenzern
gearbeitet.) Danach läuft's im Normalbetrieb mit wesentlich niedrigerer
Leistung weiter.

Ein ganz anderes Thema ist die Finanzierung (die wichtigste Größe der
Ingenieure). Dafür gibt es ganz unterschiedliche Ansätze.