Integration of large scale renewable energy into the grid 7th Inter-Parliamentary Meeting on Renewables Berlin, October 5th + 6th 2007 Integration of large scale renewable energy into the grid Ralf BISCHOF Managing 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 = 150 TWh/a = 36 TWh/a

Vorher Windpark Simonsberg (Schleswig-Hostein) Nachher

Repowering Double capacity [MW] + tripple power [kWh]

Are 100% wind power feasible? 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 factor Stand: 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

Grid integration – current issues in Germany 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 (ambient temperature / Celsius)

Netzausbau, Netz- und Erzeugungsmanagement 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

High shares

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung Quelle: DENA

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung Quelle: DENA

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung Quelle: DENA

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

Lastgang bei zunehmender Windeinspeisung Quelle: DENA

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.no 100% = 123 TWh

Stand: 31.03.2002

Stand: 31.03.2002

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 19-20 D - 10117 Berlin Tel.: +49 / (0)30 - 28482-105 Fax: +49 / (0)30 - 28482-107 mailto: r.bischof@wind-energie.de