Erneuerbare Energien Anlagen werden perspektivisch die Energieerzeugung dominieren. Um bei zunehmend dezentraler Erzeugung, der Außerbetriebnahme fossiler Kraftwerke und flexiblem Systembetrieb eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, müssen dezentrale Erzeugungsanlagen wie z.B. Windenergieanlagen (WEA) einen signifikanten Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Insbesondere die Bereitstellung netzbildender Eigenschaften aus WEA steht hierbei im Fokus der Forschung und Entwicklung. Das 8. Energieforschungsprogramm sieht die Entwicklung netzbildender Eigenschaften von Stromrichtern als wesentliche Voraussetzung auf dem Pfad in Richtung 100% erneuerbare Energien. Die im Dezember 2023 veröffentlichte 'Roadmap Systemstabilität' beschreibt netzbildende Eigenschaften von Umrichtern als Schlüsseltechnologie zum Erreichen dieser Ziele. Allerdings erfordert diese neue Technologie umfassende und tiefgreifende Anpassungen und Neuentwicklungen auf der Anlagenseite. Das Projekt BesGASa stellt sich der Herausforderung und will mit der Entwicklung von WEA mit netzbildenden Eigenschaften einen notwendigen Beitrag zur Beschleunigung der Energiewende leisten. Für die Formulierung der Anforderungen an dezentrale Erzeugungsanlagen mit netzbildenden Umrichtern, welche in Zukunft die Netzanschlussregeln (Grid Codes) darstellen sollen, ist abgeschlossenes Wissen über die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Technologie vonnöten. Derzeit liegt dieses Wissen in der gesamten Windenergiebranche nicht vor. Weder bei den WEA-Herstellern, noch bei den Windpark-Betreibern oder bei den Netzbetreibern. Fortschritte sind schwer zu erzielen, da jede Partei auf die Erkenntnisse der anderen Parteien angewiesen ist. Hier liegt ein klassisches 'Henne-Ei'-Problem vor. Das Vorhaben möchte den Zirkelbezug durch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes bereits während der WEA-Entwicklungsphase aufbrechen, es sollen Erkenntnisse publiziert und die Standardisierung unterstützt werden.
Erneuerbare Energien Anlagen werden perspektivisch die Energieerzeugung dominieren. Um bei zunehmend dezentraler Erzeugung, der Außerbetriebnahme fossiler Kraftwerke und flexiblem Systembetrieb eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, müssen dezentrale Erzeugungsanlagen wie z.B. Windenergieanlagen (WEA) einen signifikanten Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Insbesondere die Bereitstellung netzbildender Eigenschaften aus WEA steht hierbei im Fokus der Forschung und Entwicklung. Das 8. Energieforschungsprogramm sieht die Entwicklung netzbildender Eigenschaften von Stromrichtern als wesentliche Voraussetzung auf dem Pfad in Richtung 100% erneuerbare Energien. Die im Dezember 2023 veröffentlichte 'Roadmap Systemstabilität' beschreibt netzbildende Eigenschaften von Umrichtern als Schlüsseltechnologie zum Erreichen dieser Ziele. Allerdings erfordert diese neue Technologie umfassende und tiefgreifende Anpassungen und Neuentwicklungen auf der Anlagenseite. Das Projekt BesGASa stellt sich der Herausforderung und will mit der Entwicklung von WEA mit netzbildenden Eigenschaften einen notwendigen Beitrag zur Beschleunigung der Energiewende leisten. Für die Formulierung der Anforderungen an dezentrale Erzeugungsanlagen mit netzbildenden Umrichtern, welche in Zukunft die Netzanschlussregeln (Grid Codes) darstellen sollen, ist abgeschlossenes Wissen über die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Technologie vonnöten. Derzeit liegt dieses Wissen in der gesamten Windenergiebranche nicht vor, weder bei den WEA-Herstellern noch bei den Windpark-Betreibern oder bei den Netzbetreibern. Fortschritte sind schwer zu erzielen, da jede Partei auf die Erkenntnisse der anderen Parteien angewiesen ist. Hier liegt ein klassisches 'Henne-Ei'-Problem vor. Das Vorhaben möchte den Zirkelbezug durch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes bereits während der WEA-Entwicklungsphase aufbrechen; es sollen Erkenntnisse publiziert und die Standardisierung unterstützt werden.
Erneuerbare Energien Anlagen (EE-Anlagen) werden perspektivisch die Energieerzeugung dominieren. Um bei zunehmend dezentraler Erzeugung, der Außerbetriebnahme fossiler Kraftwerke und flexiblem Systembetrieb eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, müssen dezentrale Erzeugungsanlagen wie bspw. Windenergieanlagen (WEA) einen signifikanten Beitrag zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Insbesondere die Bereitstellung netzbildender Eigenschaften aus umrichterbasierten EE-Anlagen steht hierbei im Fokus der Forschung und Entwicklung. Das 8. Energieforschungsprogramm sieht die Entwicklung netzbildender Eigenschaften von Stromrichtern als wesentliche Voraussetzung auf dem Pfad in Richtung 100% erneuerbare Energien. Die im Dezember 2023 veröffentlichte 'Roadmap Systemstabilität' beschreibt netzbildende Eigenschaften von Umrichtern als Schlüsseltechnologie zum Erreichen dieser Ziele. Stand der Technik ist, dass kommerzielle Windenergieanlagen weltweit heute netzfolgende Eigenschaften haben. Die genannten netzbildenden Eigenschaften sind eine neue Technologie, die umfassende und tiefgreifende Anpassungen in der Windenergieanlage erfordert. Das Projekt BesGASa stellt sich der Herausforderung und will mit der Entwicklung von netzbildenden Eigenschaften durch WEA mit Vollumrichtern einen notwendigen Beitrag zur Beschleunigung der Energiewende leisten. Die netzbildenden Eigenschaften der WEA sind ferner die Voraussetzung für die Bereitstellung von weiteren Beiträgen zu Systemdienstleistungen wie Momentanreserve (Trägheit der lokalen Netzstabilität), Blindstromstützung, Kurzschlussstrom, Inselbetriebsfähigkeit und Schwarzstartfähigkeit. Quantitativ hängen netzbildende Eigenschaften nicht nur von den Umrichtern der WEA ab, sondern insbesondere auch vom primären Energiewandlungsprozess (Wind zu Elektrizität) und dessen Dynamik. Diese sollen im BesGASa-Projekt explizit für Windenergieanlagen mit Vollumrichter erarbeitet werden.
Die Windenergie liefert bereits heute einen bedeutenden Beitrag zum Strommix in Deutschland und wird eine der tragenden Säulen des Energiesystems sein. Damit die Energiewende gelingen kann, sind bei allen erneuerbaren Energien weitere Reduktionen der Stromgestehungskosten (LCoE) notwendig. In den vergangenen Jahren haben technologische Entwicklungen in der Anlagenauslegung, der Regelung und der Vorhersage der Windressource bereits zu signifikanten Reduktionen der LCoE geführt. Dabei spielt der Trend zu immer größeren Windenergieanlagen und Windparks, insbesondere auf See, eine wichtige Rolle. Hieraus ergeben sich enorme Herausforderungen für die zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Anlagenauslegung, der Betriebsführung und der Netzeinspeisung. Numerische Strömungssimulationen und insbesondere die skalenübergreifende Modellierung und die gekoppelte Betrachtung multiphysikalischer Prozesse sind hier besonders relevant. In diesem Vorhaben werden skalenübergreifende Ansätze im Bereich mesoskaliger und mikroskaliger Simulation für die Standortbewertung, die Berechnung der Windressource und die Anlagenauslegung untersucht und erweitert. Dabei werden einerseits meteorologische, aeroelastische, ozeanografische und Wellenmodelle in einer Simulationsumgebung miteinander gekoppelt und anderseits werden die Modelle durch Machine Learning Methoden ergänzt, um sehr detaillierte und damit rechenaufwändige Simulationen zu beschleunigen und ihre Präzision zu verbessern. Die gekoppelten Methoden werden im Vorhaben zur Entwicklung neuartiger adaptiver Windparkregler eingesetzt und für die verbesserte Beschreibung der Dynamik von Lasten erprobt. Darüber hinaus werden neue Simulationsansätze höherer Ordnung für die Windenergieanwendung erforscht, die eine weitere Rechenzeitoptimierung versprechen. Um die aufwendigen numerischen Untersuchungen in diesem Vorhaben zu ermöglichen, soll ein Hochleistungsrechner der neuesten Generation an der Universität Oldenburg erweitert werden.