Search

Da der Stromhandel europaweit nahezu ausschließlich im 1-h-Raster erfolgt, treten zum Stundenwechsel große Leistungsungleichgewichte zwischen den sich überwiegend kontinuierlich verhaltenden Lastgangverläufen und den treppenförmigen Fahrplanverläufen auf. Diese im jährlichen Mittel größer werdenden Leistungsungleichgewichte führen zu ebenfalls größer werdenden Frequenzabweichungen, die bereits jetzt mit erheblichen Nachteilen für den Kraftwerks- und Netzbetrieb verbunden sind. Sowohl die höhere Belastung der Kraftwerksblöcke, die langfristig in die Leistungspreise der Primärregelung eingepreist werden muss, als auch der bei größer werdenden handelsbedingten Leistungsungleichgewichten ansteigende Bedarf an Sekundärregelarbeit führen langfristig unweigerlich zu steigenden Regelenergiekosten. Zudem steht insbesondere während den morgendlichen und abendlichen großen Frequenzabweichungen ein erheblicher Teil der vorgehaltenen Primärregelreserve nicht mehr zur Verfügung, so dass die Gültigkeit der auf die Primärregelung bezogenen Auslegungskriterien der UCTE bezüglich der Regelleistungsaktivierung nach einem Ausfall von 3000 MW („Doppelblockausfall“) nicht mehr gewährleistet ist. Im Rahmen der Arbeit erfolgt eine umfassende Analyse der Ursachen der Frequenzabweichungen. Hierbei sind drei Schritte maßgeblich: • Darstellung der Korrelation zwischen Frequenz- und Lastgangverhalten auf Basis von Langzeitmessungen, • Zusammenstellung und Evaluation der derzeitigen Verfahrensweise der Marktteilnehmer zur Lastdeckung, • Simulationsuntersuchungen, ausgehend von den ermittelten Randbedingungen. Auf diese Weise kann der Nachweis geführt werden, dass die Ursachen für die Frequenzabweichungen systeminhärent sind, d.h. in den derzeitigen Randbedingungen und Spielregeln des deregulierten elektrischen Energiemarkts begründet liegen. Ausgehend von den nachgewiesenen Ursachen werden Verbesserungsmaßnahmen vorgeschlagen. Diese zielen darauf ab, die erzeugerseitigen Fahrpläne unter Beibehaltung des bestehenden Stromhandels im 1-h-Raster besser an das reale Lastverhalten anzupassen. Der erarbeitete Vorschlag sieht eine zweigestufte und sich ergänzende Maßnahmen-Umsetzung vor, indem • durch Einführung eines neuen Stromproduktes die Fahrplanmeldungen näher an die tatsächlichen rampenförmigen Lastprofile gebracht und insbesondere große Fahrplansprünge vermieden werden, sowie • auf Basis der vorliegenden Fahrpläne und das zu erwartende Lastgangverhalten preisgünstigere Ausgleichsenergie seitens des ÜNB day-ahead geordert wird. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeit beabsichtigen die nationalen Gremien VGB POWERTECH und BDEW, die vorgeschlagenen Maßnahmen national und europaweit zur Diskussion zu stellen., The electric power market in Europe is almost exclusively based on 1-hour-schedules with a constant power target value for each 1-h-interval. The corresponding current market boundaries and system rules lead to remarkable power imbalances arising from the power difference between the continuous ramp-wise physical load behaviour and step-wise power schedules – especially at the change of the hour. These in the long term increasing power imbalances entail equally increasing frequency deviations which result in considerable disadvantages for the power plant and power system operation already today. The resulting higher power plant stress which has to be included in the cost calculation for primary control, as well as the increasing amount of required secondary control energy are inevitably going to lead to higher control energy costs. Furthermore, especially during the evening hours, a large part of the primary control reserve power is repeatedly activated, which means that it cannot be ensured that the respective UCTE design hypothesis for the primary control reserve activation after a sudden loss of 3000 MW generating capacity is valid during these time periods. Therefore, within the framework of this work, a comprehensive analysis of the origins of the frequency deviations is carried out. For the analysis of the origins of the current frequency behaviour, three aspects are decisive: • Identification of the correlation between the frequency and load behaviour, based on long-term measurements, • Evaluation of the current practice of load-coverage of the market participants, • Simulations, starting from the boundary conditions above. The results verify that the origins of the frequency deviations are system inherent, i.e. according to current market boundaries and system rules of the deregulated energy market. Starting from the verified origins, counter measures are proposed. The presented proposals for improvement include a two-stage complementary realisation of measures, which • lead to a better approximation of the ramp-wise physical load behaviour by the power trade through the introduction of a new power product and especially prevent large schedule steps, and • entitle the TSO to order lower-priced control energy day-ahead, based on the power schedule resulting from the power trade and the physical load forecast. Based on the results of the work, the German committees VGB POWERTECH and BDEW plan to put the proposed measures up for discussion on a national and European level.

Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von Betriebsführungssystemen ist die Bereitstellung in sich konsistenter Messdatensätze. Da Messungen jedoch stets mit Ungenauigkeiten behaftet sind, bedarf es einer intelligenten Fehlerausgleichsrechnung. Der Nachteil der hierzu entwickelten und bisher eingesetzten Validierungs-Algorithmen ist, dass sie ein stationäres Prozessverhalten voraussetzen. Um die Messdatenvalidierung auch beim Auftreten transienter Prozesszustände einsetzen zu können, bedarf es einer dynamischen Messdatenvalidierung. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Online-Validierung energietechnischer Prozessverläufe entwickelt und zwar - die Validierung nach Elimination der Prozessdynamik und - die Dynamische Validierung. Die Wirkungsweise und Wirksamkeit beider Methoden werden anhand transienter Messdatenverläufe verschiedener Prozessbereiche des Heizkraftwerks Stuttgart-Vaihingen aufgezeigt und erprobt. Dazu wird die für die Validierung notwendige dynamische Modellbildung der einzelnen Prozessbereiche durchgeführt. Zudem werden für die einzelnen Messgrößen toleranzbereichabhängige Gewichtungsfaktoren vorgegeben. Die auf diese Weise durchgeführte Online-Validierung führt auch bei transientem Prozessverhalten zu guten Ergebnissen., Precondition for an effective application of operation management systems is the supply with consistent measuring datasets. As measurements are always imprecise an intelligent error estimation is needed. The disadvantage of the developed and up to now applied data reconciliation algorithms is their assumption of a steady process behaviour. To apply data reconciliation also on transient process states a dynamic data reconciliation is required. In this thesis two methods for online data reconciliation are developed in fact - the reconciliation after process dynamic elimination and - the dynamic reconciliation. The effectivness both methods is tested and shown by means of transient measurement data of different process areas of the combined heat and power plant Stuttgart-Vaihingen. For this purpose required dynamic models of the particular process areas are implemented. Further the tolerance-dependent weighting factors are pretended for the measuring signals to be reconciliated. The online data reconciliation carried out in this manner reasonable results also in the case of transient process behaviour.

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.