Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung zum Ausgleich elektrischer Leistungsschwankungen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde anhand von Simulationen gezeigt, inwieweit Entnahme-Kondensationsblöcke zum Abfangen elektrischer Leistungsspitzen im Verbundnetz durch die vorübergehende Verringerung der Fernwärmeauskopplung in ein Heiznetz beitragen können, ohne den Betrieb dieses Heiznetzes unzulässig zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck wurde ein dynamisches Modell erstellt, das das Verhalten eines Kraftwerksblockes am elektrischen Verbundnetzes und des von dem Kraftwerksblock versorgten Heiznetzes nachbildet. Es besteht aus einem stark vereinfachten Heiznetzmodell, einem Modell eines Kraftwerksblockes und einem Modell des Verbundnetzes, dass neben dem Frequenzverlauf auch die Ausregelung der Austauschleistung zwischen zwei Netzbetreibern berücksichtigt. Ein modellgestütztes Blockregelkonzept für Kraftwerksblöcke wurde erweitert, um die gewünschte Erhöhung der elektrischen Leistung durch die vorübergehende Reduzierung der Fernwärmeauskopplung zu realisieren. Alle Modellkomponenten wurden anhand von Messwerten überprüft. Die Simulationsergebnisse des Modells belegen, dass durch die Reduzierung der Fernwärmeeinkopplung während eines großen Teils des Jahres vorübergehend zusätzliche elektrische Leistung sowohl im Sekunden- als auch im Minutenbe-reich bereitgestellt werden kann. Daher kann die Wirkleistungs-Sekundenreserve kostengünstiger bereitgestellt werden als etwa durch die Androsselung der Turbinenventile. Sogar bis zu einer halben Stunde kann die Reduzierung der Fernwärmeeinkopplung zur Regelung der Übergabeleistung genutzt und damit die Bezahlung erhöhter Leistungspreise vermieden werden.

This work investigated to what extent extraction-condensation power plants can contribute to compensate power peaks in electrical grids by temporarily reducing the heat supplied to a district heating system without unduly impairing the operation of this system. For this purpose, a dynamic model of a power plant connected to the electrical grid and a district heating system supplied by the power plant was generated. It consists of a simplified model of the district heating system, an existing model of a power plant and a model of the electrical grid that was extended to include the exchange of electrical power between two parts of the grid in addition to its frequency. A model-based unit-control concept for power plants was extended to realize the desired increase of the electrical power by temporary reducing of the heat supplied to the district heating. All components of the model were checked with measurements. The simulation results of the model show that by reducing the heat supplied to a district heating a power plant can contribute additional electrical power both in the range of seconds to minutes during a mayor part of the year. Thus, it possible to provide spinning reserve less expensive than by throttling the turbine valves. For a period of up to 30 minutes, the reduction can be even used to control the power exchange and to prevent the payment of higher power prices.