Netzstabilität erhalten: wie Erzeugungsanlagen sich systemstützend verhalten

Hintergrund

Die Technischen Anwendungsregeln definieren unter dem Begriff „Fahren auf der Kennlinie“ Anforderungen an Erzeugungsanlagen, die keinen Stabilitätskriterien unterliegen. Sie stellen weder netzbildende noch systemstützende Fähigkeiten sicher. Eine gewisse Durchdringung des Verbundsystems bzw. vom Verbund abgetrennter Teilsysteme mit Erzeugungsanlagen ohne netzbildende Eigenschaften ist weiterhin tolerabel, solange die Stabilität in Summe gewährleistet ist. Erzeugungseinheiten ohne netzbildende Eigenschaften müssen dann aber zumindest systemstützende Eigenschaften aufweisen. In jedem Fall sind Reglerstrukturen sowie Parametrierungen auf Basis definierter Stabilitätskriterien festzulegen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Regelung der Frequenz (Wirkleistungsbilanzierung).

Das Wichtigste in Kürze

Der FNN Hinweis „Netzbildendes und systemstützendes Verhalten von Erzeugungsanlagen“ beschreibt Anforderungen und Nachweise für Erzeugungsanlagen (EZA) sowie kontinuierlich regelbare Speichersysteme und Verbrauchseinrichtungen (EZVA) zur Gewährleistung der Teilnetzbetriebsfähigkeit sowie zur schnellen und stabilen Überfrequenzabregelung bei Großstörungen. Die erforderlichen regelungstechnischen Maßnahmen gehen davon aus, dass jede EZA und EZVA innerhalb eines begrenzen Regelbereichs einen stabilen Teilnetzbetrieb bzw. Inselnetzbetrieb zulassen und Beschränkungen des Wirkleistungsgradienten nur außerhalb dieses begrenzten Betriebsbereichs zur Anwendung kommen. Der Grundansatz dabei ist, Regeleigenschaften, wie sie bereits vor Jahrzehnte noch im Einsatz waren, auch für primär effizienzoptimierte Anlagen wiederzubeleben. Das beschriebene Regelverhalten wird nur bei seltenen Störereignissen vollumfänglich angefordert. Die EZA und EZVA werden im Normalbetrieb dadurch nicht zusätzlich beansprucht. Neben Festlegung und ausführlicher Begründung der Anforderungen wird aufgezeigt, wie Nachweise innerhalb des Zertifizierungsprozesses zu gestalten sind.

VDE FNN Experten haben in der Erarbeitung des FNN Hinweises die Ansicht und wichtige Erfahrung von allen relevanten Akteuren eingebracht. Dieser FNN Hinweis kann bereits jetzt Hilfestellung in den Fällen bieten, in denen die derzeitig gültigen TAR-Anforderungen zu konkretisieren sind.

EU-Aspekte

Der FNN Hinweis bietet die Grundlage für tiefergehende und fachliche Diskussionen auf europäischer Ebene, um potenzielle systemstabilitätsgefährdende Aspekte zu definieren und beheben zu können. Das systemstützende Verhalten von Erzeugungsanlagen ist kritisch für den sicheren Betrieb des Verbundnetzes und soll in der Revidierung der European Network Codes, insbesondere die NC RfG, berücksichtig werden.

Der FNN Hinweis wird in EU-Kreisen vorgestellt, um die Weiterentwicklung der Anforderungen für Erzeugungsanlage sowie kontinuierlich regelbare Speichersysteme und Verbrauchsanlagen zu unterstützen.

Die Übersetzung ins Englisch des FNN Hinweises wird voraussichtlich im März 2022 im VDE Shop erscheinen.

Kontext

Die Diskussionsergebnisse des internen FNN-Expertenworkshops zum Thema „Wirkleistungsanpassung bei Über- und Unterfrequenz und Reglerstabilität“ (Oktober 2018) haben Handlungsbedarfe hinsichtlich Weiterentwicklung der Technischen Anschlussregeln (VDE-AR-N 4105/4110/4120/4130) aufgezeigt. Die Anforderungen der genannten TARs zum „Fahren auf der Kennlinie“ und die entsprechenden Nachweise können nicht ausschließen, dass dennoch ein instabiles Verhalten von Erzeugungsanlagen auftreten kann. Im Falle der Bildung eines Teilnetzes (z. B. als Folge eines System Splits), welche aus einem Teil des Übertragungsnetzes sowie unterlagerten Verteilnetzen besteht, müssen auch die Anlagen im Verteilnetz bei einer frequenzbedingten Leistungsanpassung („Fahren auf der Kennlinie“) stabil bleiben. In der VDE-AR-N 4130 stellt der Nachweis zur Teilnetzbetriebsfähigkeit diese Stabilität sicher. In den VDE-AR-N-4105/4110/4120, sind entsprechende Anforderungen und Nachweise derzeit nicht verpflichtend verankert.

Zielgruppen

• Netzbetreiber: können die Wichtigkeit der Anforderungen an EZA und EZVA zur Teilnetzbetriebsfähigkeit besser einschätzen und bei Netzanschlusssituation adäquat prüfen.
• Anlagenbetreiber und Projektentwickler: können die Anforderungen und Zertifizierungsprozesse zur stabilen Teilnetzbetriebsfähigkeit rechtzeitig in die Planungs- und Realisierungskonzepte einbeziehen.
• Hersteller von EZA und EZVA: erhalten einen rechtzeitigen Anstoß zu den notwendigen Entwicklungen von EZA- und EZVA-Komponenten und mit entsprechenden Eigenschaften und Anforderungen an die Nachweise.

Nutzen

Der FNN Hinweis bietet insbesondere Herstellern, Betreibern und Planern die Möglichkeit, die zu erwartenden geänderten Anforderungen in den TARs rechtzeitig umzusetzen und diese im Zusammenhang mit der Zertifizierung der Anlagen einzuplanen.

Überführung in die Regelsetzung

Die Erkenntnisse des FNN Hinweises werden in der Weiterentwicklung der Anforderungen für Erzeugungsanlagen in der geplanten Überarbeitung der TARs berücksichtigt. Dieser FNN Hinweis ist nur ein erster Schritt: VDE FNN wird weiter technischen Anforderungen im Konsens mit den relevanten Akteuren festlegen und damit einen wichtigen Beitrag zur Systemstabilität des deutschen Stromnetzes leisten.