7th Inter-Parliamentary Meeting on Renewables Berlin, October 5 th + 6 th 2007

7th Inter-Parliamentary Meeting on RenewablesBerlin, October 5th + 6th 2007

Integration of large scale renewable energy

into the grid

Ralf BISCHOFManaging Director

German Wind Energy Association / Bundesverband WindEnergie (BWE)

Example: Wind energy in Germany

Status quo 2006

Wind Energy in Germany – data end 2006

Installed capacity 20,622 MW

Turbines 18,685

Electricity generation 35 billion kWh

Share in gross electricity consumption

6.7%

Employment 82,100

total value added 7.2 billion Euro

Export rate 74 %

Wind energy in Europe: installed capacity

Target 2020

Target 2020

-

20.358

10.000

20.622

27.854 45.000

-

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

2006 Dena grid study2020

BWE target 2020

Lei

stu

ng

[M

egaw

att]

onshore

offshore= 36 TWh/a

= 150 TWh/a

VorherWindpark Simonsberg (Schleswig-Hostein)

Nachher

Repowering

Double capacity [MW]

+

tripple power [kWh]

target: 55.000 MW until 2020!

Are 100% wind power feasible?

Yes! – 2006 in West-Denmark Quelle: DENA

Technology developemt – full load hours

Increase in capacity and efficiency:Development of turbine technology

Verbesserung der Erträge und Verstetigung – Beispiel I

Modellentwicklung eines deutschen Herstellers

Alle Anlagen:

• 2.000 kW Nennleistung • 98 m Nabenhöhe• mittlere Windgeschwindigkeit 6,64 m/s (Durchschnitt)

Rotordurch-Prototyp Ertrag Steigerung Volllast-messer aufgestellt p.a.

stunden

70,4 m 2002 4,31 GWh/a 2.156 h/a

71,0 m 2003 4,87 GWh/a + 13% 2.434 h/a

82,0 m 2005 5,82 GWh/a + 35% 2.909 h/a

#

Verbesserung der Erträge und Verstetigung – Beispiel II

Zusätzlich am gleichen Standort mit 138 m Nabenhöhe:

Rotordurch-Prototyp Ertrag Steigerung Volllast-messer aufgestellt p.a.

stunden

82,0 m 2005 >6,5 GWh/a >+ 50% >3.250 h/a

Nächste Schritt: 90 m Rotordurchmesser?

Die Entwicklung geht weiter ….

… 160 m Nabenhöhe in Laasow/Brandenburg

Die Entwicklung geht weiter ….

… Nabe einer 6-MW-Anlage mit 114 m Rotordurchmesser

Grid integration issues

General grid and system issues Quelle: DENA

Relation between costs and benefits

• Requirements for „low shares“ of wind energy in the system (WEC capacity < minimum system load)

• Requirements for “high shares” of wind energy in the systems(WEC capacity > minimum system load)

Focus: Requirements for „low shares“ of wind energy in the system

System services can be provided by residual conventional power plants

But some contributions of wind farms are indispensable already now

- Reactive power (decentral!)- Congestions management (distribution level)- Low voltage ride through = LVRT - Reaction to disturbances (e.g. under-/overfrequency)- …

Some examples

Simple reactive power requirement: limits for power factorStand: 31.03.2002

Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH

Advanced requirement: reactive power – voltage regulation

LVRT: Grid code requirements for new (and old?) turbines Quelle: DENA

Disturbance 4.11.2006: Overfrequency in North/East-UCTE

Disturbance 4.11.2006: Overfrequency in North/East-UCTE

Disturbance 4.11.2006: Reaction of WECs in E.on grid Quelle: DENA

Grid capacity

• Production management already applied in some regions – grid expansion needs to happen more speedy

• Grid operators are obliged to expand grid

• In the meantime: demand for optimised use of grid, consideration of application of underground cable

Example for optimised grid use through overhead-line monitoring:• Depending on ambient temperature and wind speed increase of

transmission capacity up to 50 %

• Only temperature: 1 % capacity per degree (ambienttemperature / Celsius)

Grid integration – current issues in Germany

5 15 25 35

0

25

50

75

100

125

150

175

200

°C

u

%v = 1,8 m/s

DIN EN 50128

U

Strombelastbarkeit eines Freileitungsseiles mit und ohne Sonneneinstrahlung als Funktion der Umgebungs-temperatur

bei erhöhter Windgeschwindig-keit (Queranströmung 1,8 m/s)

blau: Einfluß der Umgebungs-temperatur

rot: Einfluß der Sonnenein-strahlung

Netzausbau, Netz- und Erzeugungsmanagement

High shares

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung

Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung

Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung

Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung

Ergebnis

Mit zunehmenden Anteilen von Windstrom verschwindet der Bedarf an Grundlastkraftwerken

Faustformel: 40.000 MW Wind verdrängen 10.000 MW Grundlast

Detailuntersuchung: in Dena-Netzstudie

Dena-Netzstudie: Residuale Last im Jahr 2015 35,9 GW bzw. 77 TWh/a Wind (13,9% d. Verbrauchs)

Stand: 31.03.2002

~ 10 GW

Quelle: DENALastgang bei zunehmender Windeinspeisung

What happens when the wind stops blowing?

Biogas Tagesspeicher

Plug-in-Hybrid

Biogas - Langzeitspeicher

In Deutschland gibt es Erdgasspeicher mit einem Volumen von 32,6 Mrd. Kubikmeter.

Das Arbeitsvermögen entspricht über 80 Tagen Speicherkapazität.

Speicherwasserkraft in Skandinavien

Speicherinhalte (100%)

- Norwegen 84 TWh- Schweden 34 TWh- Finland 5 TWh

Summe 123 TWh

= 3 Monate des deutschen Stromverbrauchs

Speicherwasserkraft im Nordpool Stand: 31.03.2002

Quelle: www.nordpool.no100% = 123 TWh

Stand: 31.03.2002

Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

-

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000 Ja

nuar

Febru

ar

März

April

Mai

Juni

Juli

August

Septe

mber

Okt

ober

Nove

mber

Deze

mber

Monat

GW

h

Zu-/Abfluss derNordpool Reservoirs

MonatlichesWindangebot

Mittelwert Windangebot

Möglicher Zu-/Abfluss

Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

-

5.000

10.000

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25.000

30.000 Ja

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März

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Okt

ober

Nove

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Deze

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Monat

GW

h Zu-/Abfluss der NordpoolReservoirs

Stand: 31.03.2002

Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)

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5.000

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25.000

30.000 Ja

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März

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Monat

GW

h

Zu-/Abfluss derNordpool Reservoirs

MonatlichesWindangebot

Mittelwert Windangebot

Möglicher Zu-/Abfluss

Korrelation Speicherwasserkraft und Windenergie(Originaldaten 2006, Wind x 5)

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-5.000

-

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25.000

30.000 Ja

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März

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Nove

mber

Deze

mber

Monat

GW

h

Zu-/Abfluss der NordpoolReservoirs

MonatlichesWindangebot

Stand: 31.03.2002

Seekabel Kontinent - Skandinavien

Vorhanden

- 3 x West-Dänemark – Norwegen (Skagerrak), 1.000 MW

- West-Dänemark – Schweden (Konti-Skan), 380 MW

- Deutschland - Ost-Dänemark (Kontek), 550 MW

- Deutschland – Schweden (Baltic), 450 MW

- Polen-Schweden (SwePol), 450 MW

Geplante Seekabel Kontinent - Skandinavien

2008: Niederlande – Norwegen (NorNed), 700 MW, 580 km, 550 m€

2008+: West-Dänemark – Ost-Dänemark (Großer Belt), 600 MW

2011: Deutschland – Norwegen (NorGer - EWE/EGL/Agder/Lyse), 700 MW, 500 m€

2012+: West-Dänemark – Norwegen (Skagerrak 4), 600 MW

201x: Deutschland – Schweden (Vattenfall), ??? MW

Thank your for your attention!

Ralf Bischof German WindEnergy Association (BWE)

Marienstraße 19-20D - 10117 Berlin

Tel.: +49 / (0)30 - 28482-105Fax: +49 / (0)30 - 28482-107

mailto: r.bischof@wind-energie.de