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Multiskalen- und multiphysikalische Modelle und Simulation für die Windenergie

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.

Windkraft

Standort- und flächenbezogene Informationen zu stromeinspeisenden Windkraftanlagen in Bezug auf ihre Leistung und ihre Stromeinspeisung.

Energieerzeugung - Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Flächenbezogene Informationen zu KWK-Anlagen in Bezug auf ihren Standort, Leistung und Stromeinspeisung.

Biomasse

Standort- und flächenbezogene Informationen zu stromeinspeisenden Energieerzeugungsanlagen, die (bilanziell oder physikalisch vor Ort) mit Biomasse betrieben werden, in Bezug auf Strom- und Wärme-Leistung sowie Stromeinspeisung.

Wasserleitungsnetz der Westfalen Weser Netz GmbH (WWN)

Das Versorgungsnetz umfasst Geodaten zur Sparte "Wasser" - Verteilnetz und Transportnetz innerhalb des Netzgebietes. Eingeschlossen sind die Wassernetze der Stadtwerke Lage und Stadtoldendorf, weil die Betriebsführung und Dokumentation der Netze durch die Westfalen Weser GmbH durchgeführt wird. Die Daten werden in einem Geografischen Informationssystem aktuell gehalten und bei berechtigtem Interesse als PDF-Datei zur Verfügung gestellt. Die Westfalen Weser Netz GmbH ist eins von vier Unternehmen, die Westfalen Weser unter sich vereint. Sie ist ein Tochterunternehmen der rein kommunalen Westfalen Weser Energie GmbH & Co. KG, an der verschiedene Städte und Gemeinden beteiligt sind. Weitere Kommunen sind Konzessionsgeber des regionalen Dienstleisters. Das operative Geschäft liegt bei der Westfalen Weser Netz GmbH und der Energieservice Westfalen Weser GmbH. Bestehende und zukünftige Beteiligungen sowie Dienstleistungen sind in der Westfalen Weser Beteiligungen GmbH gebündelt. Westfalen Weser Netz betreibt regionale Verteilnetze für Strom, Erdgas und Wasser und ist beispielsweise Ihr Partner in Sachen Hausanschlüsse oder Einspeisung regenerativer Energien.

Gasleitungsnetz der Westfalen Weser Netz GmbH (WWN)

Das Versorgungsnetz umfasst Geodaten zur Sparte "Gas" - Verteilnetz und Transportnetz innerhalb des Netzgebietes. Eingeschlossen sind die Gasnetze der Stadtwerke Lage und Stadtoldendorf, weil die Betriebsführung und Dokumentation der Netze durch die Westfalen Weser GmbH durchgeführt wird. Die Daten werden in einem Geografischen Informationssystem aktuell gehalten und bei berechtigtem Interesse als PDF-Datei zur Verfügung gestellt. Die Westfalen Weser Netz GmbH ist eins von vier Unternehmen, die Westfalen Weser unter sich vereint. Sie ist ein Tochterunternehmen der rein kommunalen Westfalen Weser Energie GmbH & Co. KG, an der verschiedene Städte und Gemeinden beteiligt sind. Weitere Kommunen sind Konzessionsgeber des regionalen Dienstleisters. Das operative Geschäft liegt bei der Westfalen Weser Netz GmbH und der Energieservice Westfalen Weser GmbH. Bestehende und zukünftige Beteiligungen sowie Dienstleistungen sind in der Westfalen Weser Beteiligungen GmbH gebündelt. Westfalen Weser Netz betreibt regionale Verteilnetze für Strom, Erdgas und Wasser und ist beispielsweise Ihr Partner in Sachen Hausanschlüsse oder Einspeisung regenerativer Energien.

Abschätzung der Bedeutung des Einspeisemanagements nach EEG 2009 - Auswirkungen auf die Windenergieerzeugung in den Jahren 2009 und 2010

Die Abschaltung von Windenergieanlagen aufgrund von Netzengpässen ist im Vergleich zum Vorjahr um bis zu 69 Prozent gestiegen. Zu diesem Ergebnis kommt die Ecofys Studie 'Abschätzungen der Bedeutung des Einspeisemanagements nach EEG 2009', die im Auftrag des Bundesverbandes WindEnergie e.V. (BWE) erstellt wurde. Im Jahr 2010 sind bis zu 150 Gigawattstunden Windstrom verloren gegangen, weil die Netzbetreiber Anlagen abgeschaltet haben. Auch zahlenmäßig nahmen diese als Einspeisemanagement (EinsMan) im Erneuerbaren Energien Gesetz geregelten Abschaltungen massiv zu. Gab es 2009 noch 285 sogenannte EinsMan-Maßnahmen, waren es 2010 bereits 1085. Der durch Abschaltungen verlorengegangen Strom entspricht dabei einem Anteil von bis zu 0,4 Prozent an der in Deutschland im Jahr 2010 insgesamt eingespeisten Windenergie. Ursachen für EinsMan waren im Jahr 2010 überwiegend Überlastungen im 110 kVHochspannungsnetz und an Hochspannungs-/ Mittelspannungs-Umspannwerken, selten auch im Mittelspannungsnetz. In den nächsten Jahren ist von einem weiteren Anstieg der Ausfallarbeit bei Windenergieanlagen auszugehen, insbesondere weil sowohl 2009 mit 86Prozent als auch 2010 mit nur 74Prozent vergleichsweise sehr schlechte Windjahre gewesen sind. Mit dem Ziel, die Transparenz der EinsMan-Maßnahmen und deren Auswirkungen auf die Einspeisung aus Windenergieanlagen und anderer Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien zu verbessern, sollte für jeden Einsatz von EinsMan ex-post im Internet in einem einheitlichen Datenformat aufgeschlüsselt nach Energieträgern - der Zeitpunkt und die Dauer, - die betroffene Netzregion inklusive der installierten und zum Zeitpunkt tatsächlich eingespeisten Leistung, die maximale Reduzierung je -Std. Zeitraum sowie - die Netzregion übergreifenden Korrekturfaktor, Ausfallarbeit und Entschädigungszahlungen und - der Grund für die Maßnahme veröffentlicht werden.

Stromleitungsnetz der Westfalen Weser Netz GmbH (WWN)

Das Versorgungsnetz umfasst Geodaten zur Sparte "Strom" - Verteilnetz und Transportnetz innerhalb des Netzgebietes. Die Daten werden in einem Geografischen Informationssystem aktuell gehalten und bei berechtigtem Interesse als PDF-Datei zur Verfügung gestellt. Die Westfalen Weser Netz GmbH ist eins von vier Unternehmen, die Westfalen Weser unter sich vereint. Sie ist ein Tochterunternehmen der rein kommunalen Westfalen Weser Energie GmbH & Co. KG, an der verschiedene Städte und Gemeinden beteiligt sind. Weitere Kommunen sind Konzessionsgeber des regionalen Dienstleisters. Das operative Geschäft liegt bei der Westfalen Weser Netz GmbH und der Energieservice Westfalen Weser GmbH. Bestehende und zukünftige Beteiligungen sowie Dienstleistungen sind in der Westfalen Weser Beteiligungen GmbH gebündelt. Westfalen Weser Netz betreibt regionale Verteilnetze für Strom, Erdgas und Wasser und ist beispielsweise Ihr Partner in Sachen Hausanschlüsse oder Einspeisung regenerativer Energien.

The frequency stability challenge, Nachrüstung von Solarstromanlagen zur Lösung der 50,2Hz-Problematik

Eine im Auftrag des FNN im VDE erstellte Studie von Ecofys und dem IFK empfiehlt die teilweise Nachrüstung von Solarstromanlagen, um die sogenannte 50,2-Hertz-Problematik zu lösen. Bis zur Einführung einer Übergangsregelung im April 2011 mussten sich Stromerzeuger am Niederspannungsnetz beim Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hertz vom öffentlichen Netz trennen. Würde der seltene Fall einer Überfrequenz mit der heute installierten PV-Leistung eintreten, ginge deren zu diesem Zeitpunkt eingespeiste Leistung schlagartig verloren. Das Nachrüsten älterer Solaranlagen soll für diesen Fall Vorsorge treffen und rund 9 GW installierte Leistung ertüchtigen. Die Studie mit dem vollständigen Titel Auswirkungen eines hohen Anteils dezentraler Erzeugungsanlagen auf die System-/Netzstabilität bei Überfrequenz und Entwicklung von Lösungsvorschlägen zu deren Überwindung wurde von Ecofys und dem Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart verfasst. Auftraggeber sind die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber vertreten durch EnBW Transportnetze AG, der Bundesverband Solarwirtschaft e. V. (BSW-Solar) und das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE/FNN). Die Empfehlungen wurden am 1. September 2011 den Bundesministerien für Umwelt und für Wirtschaft vorgestellt.

Bewertung von Einspeisenetzen

Der Ausbau der Erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren, insbesondere der Ausbau der Windenergieerzeugung, stellt die regionalen 110-kV-Verteilungsnetze und die 220/380-kV-Übertragungsnetze vor große Herausforderungen. Aufgrund von Kapazitätsengpässen der Netze ist bereits aktuell nicht mehr gewährleistet, dass der EE-Strom zu jeder Zeit vollständig abgenommen und übertragen werden kann. Mit dem weiteren Zubau an Erneuerbaren Energien, die bis 2020 mehr als 35 Prozent des Stromverbrauchs im Jahr abdecken sollen, werden diese Netzengpässe voraussichtlich weiter zunehmen. Die Planung und Genehmigung von Freileitungstrassen zur Erweiterung der Netzkapazität öffentlicher Netze zur Integration von Erneuerbaren Energie, zu der Netzbetreiber durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz verpflichtet sind, erstreckt sich allerdings häufig über mehrere Jahre. Der Netzausbau kann dadurch in vielen Fällen nicht mit der Dynamik des Zubaus an EE-Leistung mithalten. Der Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) beauftragte Ecofys mit einer Kurzstudie zu den technischen Rahmenbedingungen von Einspeisenetzen. Die Ergebnisse der Studie stellte der BWE am Rande der Hannover Messe 2012 vor.

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