Windkraftanlagen im Netzbetrieb

Die Energieversorgung wird langfristig nur unter Einbindung erneuerbarer Res sourcen ökologisch verträglich gesichert werden können. Bei der Nutzung regene rativer Energien ist neben der bereits etablierten Wasserkraft die Windkraft tech nisch am weitesten vorangeschritten und dem wirtschaftlichen Durchbruch am nächsten. Ihr Einsatz wird sich - von wenigen Ausnahmen abgesehen - auf Elek trizitätsversorgungen konzentrieren. Eine zunehmend flächendeckende Einbindung von Windenergieanlagen in bereits gegebene oder neu aufzubauende Versorgungs strukturen wird in windreichen Gebieten in erhöhtem Maße Integrationsprobleme aufwerfen und verstärkt verhaltensorientierte Anforderungen an Gesamtsysteme stellen. Für die Lösung dieser Aufgaben sind Kenntnisse sowohl über Anlagende tails als auch über das Zusammenspiel der Komponenten bzw. deren gegenseitige Beeinflussungen von großer Bedeutung. Von der Windturbine ausgehend wird über das mechanisch-elektrische Energie wandlersystem bis zur Energieübergabe die Verhaltensweise der Komponenten im Hinblick auf ihr Zusammenwirken dargestellt. Darüber hinaus werden Möglichkei ten zur Nachbildung von Teilsystemen aufgezeigt, die es erlauben, in interessieren den Betriebsbereichen wie Teillast, Nennzustand, Kurzschluß o.a. mit Hilfe erheblicher Vereinfachungen und Abschätzungen wirklichkeitsnahe Ergebnisse zu erhalten. Turbinenseitig bilden die Antriebsmomentbestimmung über ein geschlossenes Rechenverfahren und Eingriffe zur Leistungsregulierung mit den dabei auftretenden Momenten einen Schwerpunkt. Bei der mechanisch-elektrischen Energiewandlung beschränken sich die Betrach tungen auf wesentliche Betriebsbereiche sowie auf statische und dynamische Drehmomente von Asynchron- und Synchrongeneratoren. Sie werden soweit möglich mit Messungen belegt. Hinweisen zu Auslegungsaspekten für Asynchron generatoren liegen umfangreiche Meßreihen von ausgewählten Maschinen zugrun de. Nicht einbezogen werden drehzahlvariable Generatorkonzeptionen wie z.B.

1 Einleitung.- 2 System zur Windenergiewandlung.- 2.1 Antriebsmoment am Windrad.- 2.2 Eingriffe an der Windturbine zur Leistungsregelung.- 2.3 Mechanischer Triebstrang.- 2.4 Windturbinen - Systemdaten.- 3 Mechanisch-elektrische Energiewandlung durch Generatoren.- 3.1 Randbedingungen und Anforderungen zum Generatoreinsatz.- 3.2 Energiewandlersysteme.- 3.3 Betriebsbereiche von Asynchron- und Synchrongeneratoren.- 3.4 Stationäre und dynamische Drehmomente auf der Generatorseite.- 3.5 Nachbildung von Generatoren.- 3.6 Auslegungsaspekte für Asynchrongeneratoren.- 4 Elektrische Energieübergabe an Versorgungsnetze.- 4.1 Netzschutz.- 4.2 Netzeinwirkungen.- 4.3 Resonanzerscheinungen im Netzsystem bei Normalbetrieb.- 4.4 Netzregelung.- 5 Regelung von Windkraftanlagen.- 5.1 Inselbetrieb als Vorbetrachtung zum Verhalten an leistungsschwachen oder stark ausgelasteten Netzen.- 5.2 Netzbetrieb.- 6 Zusammenfassung.- Literatur.- Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen.