MuTIG: Konzeption, Modellbildung und Analyse von modularen Multi-Terminal Netzanbindungen für Offshore-Windenergiesysteme mit Hilfe echtzeitfähiger Gesamtsystemsimulation

Die von den OWEA erzeugte Leistung wird in den Windparks zunächst im Mittelspannungsbereich auf einer AC-Sammelschiene zusammengeführt und auf einer Transformatorplattform in den Hochspannungsbereich transformiert. Die Transformatorplattform ist mit einer HGÜ-Konverterplattform verbunden, wo die aktive Gleichrichtung der Wechselspannung vorgenommen wird, bevor die Übertragung zum Festland erfolgt.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Multi-Terminal-HGÜ-Konzepts für die elektrische Anbindung mehrerer Offshore-Windparks an das Übertragungsnetz an Land. Dabei soll ein höheres wirtschaftliches Potential bei steigender Verfügbarkeit erzielt werden, indem der Materialeinsatz reduziert, die Systemeffizienz verbessert und die Flexibilität erhöht wird. Die Entwicklung von „Multi-Terminal intelligent/integrated“ Netzen ist ein wichtiger Schritt dabei, denn darin sollen kompaktere, modulare Umrichter eingesetzt werden. Die Entwicklung geeigneter Kostenmodelle, Wirtschaftlichkeits- und Risikobetrachtungen sowie die Diskussion und Formulierung erweiterter Netzanschlussregeln für die Netzanbindung zusammen mit Netzbetreibern zählen ebenfalls zum Projektumfang.

Am Anfang steht die Analyse der bekannten Anschlussmöglichkeiten von Offshore-Windenergieanlagen über Drehstrom- und Punkt-zu-Punkt-Gleichstrom-Übertragungssysteme, um Schwachstellen dieser Systeme zu erfassen. Diese Analyse erfolgt anhand von Simulationen auf Basis realer Windparkdaten und Anschlusstopologien. Darauf aufbauend wird ein Strukturentwurf von modularen AC-DC-Konverterstationen für die bessere Integration der heutigen AC-Offshore-Stromnetze in ein offshore-seitiges Mehrpunkt-Gleichstromnetz mit Onshore-Konverter zur Anbindung an das Drehstromverbundnetz formuliert. Regelstrukturen für die Installation und den sicheren und effizienten Betrieb werden erarbeitet und implementiert. Die Ergebnisse der Analyse fließen in die Entwicklung und den Aufbau eines skalierten Demonstrators ein.

Dem Fraunhofer IWES kommt dabei die Aufgabe zu, mithilfe von Echtzeitsimulation der entwickelten Konzepte für Offshore-Windenergiesysteme und Netzanbindung - unter Verwendung kommerziell verfügbarer Komponenten - die elektrischen Eigenschaften, Netzrückwirkungen und gegenseitige Beeinflussung zu ermitteln. Eine Validierung erfolgt durch den Abgleich der Ergebnisse aus skalierten Prüfstandsversuchen. Die Erstellung von Kostenmodellen, Wirtschaftlichkeits- und Risikobetrachtung ist eine weitere Kernaufgabe des Instituts.