Netztrennung im Verbundnetz

Eindrucksvoll und eindeutig wurde die einzigartige Schwierigkeit der elektrischen Energie dargelegt, dass sie immer in genau der Sekunde erzeugt werden muss, in der sie verbraucht wird (und umgekehrt). Das Bild 1 in [1] zeigt dies sehr anschaulich.

Weitere Anmerkungen zur Regelleistung

„Vor dem Einsatz von Primär-Regelleistung dämpft schon die sogenannte Momentan-Reserve schnelle Frequenzänderungen, allerdings nur für einen recht kurzen Moment“, lautet es dort [1] sehr treffend.

Lässt sich vielleicht abschätzen, wie kurz dieser Moment ist? Versuchen wir es.

Momentan-Reserve im Netz

Zu diesem Zweck könnte man o. g. Bild auch etwas anders (wie hier in Bild 1und Bild 2) darstellen. Hiermit lässt sich u. a. die (nicht vergütete, sondern im System als Massenträgheit einfach vorhandene) Momentan-Reserve ganz grob quantifizieren.

Also wie viel Energie enthält die rotierende Masse eines Generators in einem Großkraftwerk? Tatsächlich ist es nicht mehr als der Generator in einer Sekunde an elektrischer Energie abgibt! Das wirkt auf den ersten Blick verblüffend, aber so groß die Masse des Rotors (etwa 250 t) z. B. im wahrscheinlich größten Generator der Welt ist, und so schnell er rotiert (1 500/min = 25/s), ist eben auch die elektrische Leistung ungeheuer hoch (1 793 MW Dauerleistung, 1 972 MW Spitzenleistung [2]). Nun handelt es sich bei den großen Generatoren durchweg um Synchronmaschinen, die alle am selben Netz laufen „wie mit Fahrradketten untereinander gekoppelt“, wie es ein Fernsehbeitrag [3] kürzlich sehr treffend beschrieb. Gerade dies macht die vorbildliche Stabilität des Verbundnetzes aus! Wenn nun also nur einer von z. B. 1 000 Generatoren „aussteigt“, dauert es mithin nicht 1 s, sondern 1 000 s, bis die im Netz enthaltene kinetische Energie aufgebraucht und mit der Drehzahl auch die Frequenz auf 0 gefallen ist. Das ist natürlich weder theoretisch möglich, noch kommt es praktisch vor. Sackt die Frequenz aber von 50 Hz auf den kritischen Grenzwert von 49,8 Hz, dann werden 0,8 % der gesamten Rotationsenergie frei (statt 0,4 %, denn die Verhältnisse sind nicht linear, da die Drehzahl mit ihrem Quadrat in die kinetische Energie eingeht). Der Wegfall von 1 ‰ der Erzeugungsleistung wird also innerhalb von rund 8 s die Frequenz von 50,0 Hz auf 49,8 Hz fallen lassen. Beobachtungen praktisch vorgekommener Störfälle bestätigen dies (Bilder 3 bis 5 in [4]; weitere Beispiele finden sich heute im Internet, die man dort damals vergeblich suchte). Einige Ungenauigkeiten in dieser an sich etwas gewagten Abschätzung scheinen sich also mehr oder weniger gegenseitig aufzuwiegen:

• + Tatsächlich rotiert auf der Generatorwelle noch mehr träge Masse als nur der Rotor selbst (Turbine, Erregermaschine …).

• + Kleinere Generatoren bringen mehr Masse pro Leistung ein.

• − Windkraft- und Wasserkraft-Generatoren laufen wesentlich langsamer.

• − Windkraft-Generatoren sind heute generell nicht direkt, sondern über Umrichter „elastisch“ an das Netz gekoppelt.

• − Solaranlagen verfügen über keinerlei träge Masse.

Die „50,2-Hz-Regelung“ sorgt zumindest aber seit einigen Jahren dafür, dass das Netz niemals bei schwacher Last durch „Überfütterung“ mit Solarstrom abstürzen wird.

Autor: S. Fassbinder

Literatur

[1] Wilming, W.: Energie – Erzeugung, Handel und Transport – Teil 13: Regelleistungen für stabile Stromnetze. Elektropraktiker, Berlin 75 (2021) 3, S. 180.

[2] Nuclear Power Plant Unit Olkiluoto 3, www.tvo.fi/uploads/julkaisut/tiedostot/ydinvoimalayks _OL3 _ ENG.pdf

[3] www.mdr.de/wissen/faszination-technik/video-mit-der-energiewende-in-den-blackout-102 _ zc-c73dcb82 _ zs-191c944d.html

[4] Fassbinder, S.: Im Verbund läuft es rund – Teil 1: Strompreis, Smart Grid und Regelzonen. Elektropraktiker, Berlin 68 (2014) 8, S. 653.

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