DE102012001927A1

DE102012001927A1 - Verfahren zur Regelung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102012001927A1
Application number: DE201210001927
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Substitution und Regelung elektrischer Energie mit einem Verbraucher, der gleichwertig sowohl mit elektrischer Energie als auch mit einer anderen Energieform, z. B. Gas betrieben werden kann, beschrieben. Dieser Verbraucher wird mit elektrischer Energie betrieben, wenn diese wegen eines Überangebotes besonders preiswert ist. Die nicht abgerufene Gasenergie bleibt im Speicher und kann im Bedarfsfall in elektrische Energie umgeformt werden. 1 Übertragungsnetzbetreiber, ÜNB, 2 bivalenter Verbraucher, 3 Gasnetz, 4 Regelwarte, 5 Gasturbine, 6 Normalverbrauer Der Übertragungsnetzbetreiber 1 ist für die Lieferung der elektrischen Energie an die Normalverbraucher 6 verantwortlich. Ist das Energieangebot durch Starkwindeinspeisung größer als der Verbrauch, schaltet die Regelwarte 4 neue Verbraucher 2 zu, die bis zu diesem Zeitpunkt allein mit Gas aus dem Gasnetz 3 versorgt wurden. Das substituierte Gas verbleibt im Gasspeicher 3 und kann im Bedarfsfall über eine Gasturbine 5 verstromt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung elektrischer Energie.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass elektrische Energie nur sehr eingeschränkt gespeichert werden kann. Als das am besten erprobtes Verfahren gilt die Speicherung über Pumpspeicherwerke, indem Wasser von einem unteren Niveau auf ein höheres Niveau gepumpt wird und im Bedarfsfall die deponierte potentielle Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
In der Erprobung sind auch adiabatische Druckluftspeicher, welche Luft in großen unterirdischen Kavernen verpressen und die dabei entstehende thermische Energie zwischenspeichern. Im Falle eines Energierückrufes treibt die Druckluft eine Turbine an, und die gespeicherte thermische Energie erwärmt die expandierende Luft und verhindert die Vereisung.
Die Speicherung der Energie in Form chemischer Energie durch Batterien ist seit langem bekannt, doch die erheblichen Kosten und die ungenügende Zyklenfestigkeit schränken die Speicherung großer Energiemengen ein.
Wasserstoffgas, welches durch Elektrolyse hergestellt wurde, kann in einem Gasnetz gespeichert werden. Ein sog. Power to Gas Projekt wurde vom Fraunhofer Institut IWES erprobt.
Um die wachsenden Probleme der Energieregelung bei steigender Nutzung volatiler regenerativer Energieerzeuger zu beherrschen, wird vielfach auch über ein intelligentes Lastmanagement diskutiert. In der DE 10 2008 050 389 A1 wird vorgeschlagen, die Effektivität eines Lastmanagements durch einen Verbund kleiner Anlagen zu erhöhen. Mit einem Lastmanagement ist man in der Lage, die absoluten Lastspitzen zu dämpfen und Angebot und Bedarf besser in Einstimmung zu bringen. Jedoch die kurzzeitigen Ungleichgewichte zwischen Energieangebot und Nachfrage können so nicht geregelt werden.
Diese kurzzeitigen Ungleichgewichte werden derzeit von den Energieerzeugern gemeinschaftlich ausgeregelt. Dazu müssen alle Anlagen eine Reserve vorhalten. Zusätzlich werden Kleinerzeuger, wie Biogasanlagen und Notstromaggregate, zu virtuellen Kraftwerken zusammengekoppelt, die im Bedarfsfall Regelleistung zur Verfügung stellen.
Darstellung des Verfahrens
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch ein wirtschaftliches Regelungsverfahren die Ungleichgewichte zwischen Energieangebot und Energienachfrage auszugleichen. Überschüssige elektrische Leistung wird von den Netzbetreiber ÜNB 1 einem Verbraucher 2 zur Verfügung gestellt, der normalerweise vom Gasnetzbetreiber 3 versorgt wird.
Dies könnte eine Flaschenreinigungsanlage, ein Schwimmbad oder Prozesswärme der Chemischen Industrie sein. Allen gemein ist, dass sie vornehmlich aus Kostengründen die Gasenergie nutzen, die Einspeisung beider Energiearten, elektrisch und Gas, aber für den technischen Betrieb gleichwertig ist.
Tritt der Fall ein, dass die erzeugte Elektroenergie den momentanen Bedarf übersteigt, weil z. B. der Eintrag der Windenergie sehr hoch ist, in den Nachtstunden aber der Verbrauch stark abfällt, dann kann der Spotpreis der Elektroenergie unter den Spotpreis für Gasenergie sinken. Jetzt ist die Einspeisung der Elektroenergie wirtschaftlich sinnvoll. Durch den zusätzlichen Verbrauch wird eine negative Regelung erreicht, die Frequenz stabilisiert, und die Netzverteilanlagen werden entlastet. Gleichzeitig wird der Gasenergieverbrauch von 3 verringert. Diese eingesparte Energie ist, abhängig von den Gesamtwirkungsgrad aller Komponenten, gleichwertig mit der Speicherung von Primärenergie. Da man Energie im physikalischen Sinne nicht erzeugen kann, sondern nur in eine andere Form umwandelt, ist diese Energiesubstitution eine speicherschonende Technologie, wie es die gesamten regenerativen Energieerzeugungsverfahren sind. Die gespeicherte Energie kann nach Bedarf abgerufen werden und mittels einer Gasturbine 5 in elektrische Energie umgewandelt werden.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Lastmanagement ist, dass der Übertragungsnetzbetreiber, ÜNB 1 über den Regelkreis keine Lieferverpflichtung eingehen muss, also Elektroenergie nur dann liefert, wenn tatsächlich ein Überangebot vorhanden ist. Theoretisch könnte man mit diesem Verfahren alle Volatilitäten im Netz ausgleichen, doch sollte stets abgewogen werden, welches die wirtschaftlichste Methode ist, denn auch bei der Gasnetzspeicherung und Leitung entstehen zusätzliche Kosten. So kann dieses Verfahren neben Stromhandel und Speicherung als sinnvolle Ergänzung zum Ausgleich der zunehmend volatileren Netzeinspeisungen eingesetzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn der Verbraucher 2 ständig und parallel durch beide Energienetze, ÜNB 1 und Gasnetz 3 versorgt wird. Die Regelung übernimmt die Energiewarte 4, wobei das elektrische Netz 1 den aktiven Regelpart übernimmt und das Gasnetz 3 für die Energiekompensation sorgt. Ein solcher durch das Elektronetz gesteuerter Betrieb ist in der Lage, eine ständige Feinregelung des Netzes zu übernehmen, ohne dass zusätzliche Energieumwandlungsverluste auftreten. Der wirtschaftlichste Regelpunkt wird durch die Kosten für Gas auf der einen Seite und die Kosten für Elektroenergie plus Regelenergie auf der anderen Seite definiert. Eine sehr einfache Regelung kann durch die Netzfrequenz erfolgen. In diesem Fall ist keine Leitwarte erforderlich. Bei einer bestimmten Unterfrequenz (< 50 Hz) wird die elektrische Last verringert und umgekehrt bei einer Überfrequenz (> 50 Hz) die Last erhöht.
Da dieses Verfahren zwei Energienetze, Elektroenergie und Gasenergie, mit einander verkoppelt, kann man auch das Gasnetz nutzen, um Energie zu transportieren (Nord-Süd Trasse). Dies kann durchaus wirtschaftlich sein, denn eine Gashochdruckleitung kann ein Vielfaches an Energie gegenüber einer 380 kV Leitung transportieren. Diese komplexe Energieversorgung ist aber von einer Vielzahl technischer und ökonomischer Einflussgrößen und Komponenten (Speicherkosten, Leitungskosten, Gesamtwirkungsgrad, usw.) abhängig, so dass pauschal die Einsatzgrenzen nicht angegeben werden können.
Kurze Beschreibung des Verfahrens mit seinen Hauptkomponenten
Das Verfahren soll nachfolgend mit zwei Ausführungsbeispielen, , erläutert werden.

1 Übertragungsnetzbetreiber, 2 bivalenter Verbraucher, 3 Gasnetz, 4 Regelwarte, 5 Gasturbine, 6 Normalverbraucher

• Der Übertragungsnetzbetreiber, ÜNB 1 ist verantwortlich für die Lieferung der Energie an den Endverbraucher 6. Die Energie wird ihm von den unterschiedlichen Anlagenbetreibern zur Verfügung gestellt. Im Normalbetrieb wird innerhalb des Verbundes geregelt.
• Wenn das Angebot durch Windstrom die Nachfrage in den Schwachlastzeiten übersteigt, fällt der Stromspotpreis unter den Gasspotpreis.
• Die Regelwarte 4 schaltet eine zusätzliche bivalente Last 2 zu (negative Regelung), die bis zu diesem Zeitpunkt vom Gasnetz 3 beliefert wurde.
• Die Gaslieferung wird reduziert oder eingestellt.
• Die nicht verbrauchte Gas verbleibt im Gasnetz.
• Wenn sich der Spotmarktpreis wieder oberhalb des Gaspreises bewegt, übernimmt der Gasmarkt 3 wieder die Versorgung des bivalenten Verbrauchers 2 und das eingesparte Gas kann mittels Gasturbine 5 als positive elektrische Regelenergie dem ÜNB 1 zur Verfügung gestellt werden.

1 Übertragungsnetzbetreiber, ÜNB, 2 bivalenter Verbraucher, 3 Gasnetz, 4 Regelwarte, 6 Normalverbraucher

Der bivalente thermische Energieverbraucher als Energiekompensator.

• Der bivalente Energieverbraucher 2 wird permanent sowohl von ÜNB 1 mit elektrischer Energie und Gasnetz 3 mit Gasnetz versorgt.
• Die Regelwarte 4 regelt permanent den elektrischen Lastgang von 2 und sorgt für einen Ausgleich durch 3.
• Der aktive Regelpartner ist der Übertragungsnetzbetreiber 1, der passive Partner ist das Gasnetz 3.
• Das Regelung erfolgt mit kurzen Reaktionszeiten und es entstehen keine weiteren Umwandlungsverluste.
• Die Regelung kann ohne Regelwarte 4 automatisch über die Frequenz erfolgen.

Der Regelpunkt kann abhängig von den Gas-, Strom-Regelkosten variabel eingestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050389 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Substitution und zur Regelung elektrischer Energie dadurch gekennzeichnet dass elektrische Energie von dem Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) 1, gesteuert durch eine Regelwarte 4, einem Verbraucher 2 zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher 2 bivalent und gleichwertig mit elektrischer Energie und einer anderen Energiequelle versorgt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte elektrische Energie 1 zeitgleich durch Abregeln der anderen Energiequelle 3 kompensiert wird, wenn die Energie von 1 kostengünstiger ist als von 3.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiequelle 3 Gasenergie ist.
Verfahren nach Anspr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere gleichartige Verbraucher 2 zusammenschließen können, um eine wirkungsvolle Regelung darstellen zu können.
Verfahren nach Anspr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Energiesubstitution eingesparte Energie im Bedarfsfall durch eine Energieumwandlungsanlage 5 in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsanlage 5 in einem regional entfernten Gebiet installiert sein kann und über das Gasverteilnetz 3 gespeist wird.
Verfahren nach Anspr. 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbraucher 2, sowohl durch den Netzbetreiber 1, als auch durch das Gasnetz 3, zeitgleich und parallel Energie zur Verfügung gestellt wird, derart, dass die momentane Frequenz des Netzbetreibers 1 die führende Regelgröße ist und das Gasnetz 3, verbunden durch die Regelwarte 4 die energiekompensierende Funktion übernimmt.
Verfahren nach Anspr. 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz als führende Regelgröße über ein frequenzabhängiges Steuergerät direkt die elektrische Last des Verbrauchers 2 regelt, und der Gasnetzbetreiber 3 automatisch die energiekompensierende Funktion übernimmt.