Die installierte Windleistung in Deutschland soll bis zum Jahr 2020 47 GW erreichen. Dies entspricht dann ca. 60 % der Höchstlast Deutschlands. Windenergieanlagen werden in Windparks konzentriert. Die Leistung dieser Windparks ist geeignet, diese ans Hochspannungsnetz anzuschließen. Der Ausbau der Windleistung wird in Deutschland durch ein staatliches Gesetz (Erneuerbare-Energien-Gesetz; EEG) unterstützt. Der Übertragungsnetzbetreiber muss die Energie aus erneuerbaren Quellen vorrangig abnehmen. Außerdem muss der Übertragungsnetzbetreiber diese Energie mit einem hohen Vergütungssatz (EEG-Vergütung) entlohnen. Die dem Übertragungsnetzbetreiber dadurch entstehenden Kosten schließlich von dem Verbraucher getragen werden.
Der Übertragungsnetzbetreiber ist für den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Übertragungsnetzes verantwortlich. Dafür muss er Systemdienstleistungen (z.B. zur Spannungs- und Frequenzhaltung) zur Verfügung stellen. Die dafür notwendige Blind- und Regelleistung bezieht der Übertragungsnetzbetreiber momentan von den Kraftwerken auf vertraglicher Basis. Derzeit nehmen die Windparks an der Bereitstellung der Systemdienstleistungen zur Unterstützung der Spannungs- und Frequenzhaltung nicht teil. Auf Grund der hohen installierten Windleistung und der vorrangigen Einspeisung der Windenergieanlagen muss insbesondere bei Starkwind ein großer Teil der konventionellen Kraftwerke in der Leistung gedrosselt bzw. abgeschaltet werden. Dadurch können diese keine Beiträge zur Bereitstellung der Systemdienstleistungen mehr liefern. Dies kann die Versorgungszuverlässigkeit gefährden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Konzept zur Unterstützung des sicheren und zuverlässigen Betriebs der Hoch- und Höchstspannungsnetze durch die Windenergieanlagen entwickelt. Mit diesem sollen die Windenergieanlagen an der Bereitstellung der Systemdienstleistungen zur Unterstützung der Spannungs- und Frequenzhaltung teilnehmen. Neben der technischen Machbarkeit wurden die ökonomischen Auswirkungen untersucht.
Moderne Windenergieanlagen sind entweder mit Doppelt-Gespeisten Asynchrongeneratoren oder mit Synchrongeneratoren und Voll-Umrichtern ausgeführt. Beide Typen wurden modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Typen an der Spannungs- und Frequenzhaltung (Primärregelung, Sekundärregelung und Minutenreserve) teilnehmen können. Die Teilnahme der Windenergieanlagen an der Bereitstellung der Systemdienstleistungen kann dem Übertragungsnetzbetreiber (Kosteneinsparungen) und dem Windenergieanlagenbetreiber (zusätzliche Einnahmen) wirtschaftliche Vorteile bringen. Das Ziel des neuen Konzeptes ist nicht die Verringerung der Kosten aus Sicht des Übertragungsnetzbetreibers oder Erhöhung der Einnahmen des Windenergieanlagenbetreibers, sondern die Reduzierung der EEG-Vergütung für Energie aus den Windenergieanlagen. Daher bekommt der Windenergieanlagenbetreiber am Ende die gleichen Einnahmen, wobei darin der EEG-Anteil um die zusätzlichen Einnahmen und die eingesparten Kosten reduziert werden kann. Dadurch kann die wirtschaftliche Belastung der Verbraucher durch die EEG-Vergütung verringert werden und zusätzlich aber auch die Versorgungssicherheit erhöht werden.