Unsere Elektrizitätsversorgung ist eine herausragende Ingenieursleistung. Die Stromerzeugung muss in jeder Sekunde dem Verbrauch entsprechen. Ladungstrennung ist das Zauberwort. Sie ist für eine Kraftwirkung im elektrischen Feld Voraussetzung. Die Energie der Kraftwirkung wird bei der Verrichtung von Arbeit abgebaut. Um Motoren laufen und Licht leuchten zu lassen, muss die Ladungstrennung aufrecht erhalten werden. Dies leisten Generatoren.
Um die höchstmögliche Effektivität der Ladungstrennung zu gewährleisten, wird unser Netz mit sogenanntem Dreiphasen-Wechselstrom betrieben. Damit können entweder Haushaltsgeräte mit 230 V Wechselstrom oder kraftbetriebene Hochleistungsanwendungen mit 380 V Drehstrom betrieben werden.
Die Schwierigkeit der Einspeisung einzelner Stromerzeuger liegt nun darin, den Strom mit exakt 50 Hz synchron ins Netz zu bringen. Dies können üblicherweise dampfbetriebene Generatoren, die mit 3000 Umdrehungen pro Minute synchronisiert angetrieben werden. Gleichstromerzeuger wie Solarpaneele oder Windkraftanlagen benötigen Umrichter, die den erzeugten Strom über die schon vorhandene Netzfrequenz erst noch synchronisieren müssen.
Allerdings gibt es da einen Haken: Sobald mehr Arbeit nötig ist, bzw der Strombedarf steigt, benötigt auch der Generator mehr Kraft, um die Drehzahl zu halten. Der Generator wird langsamer, die Netzfrequenz sinkt und es muss mehr Antriebsenergie für den Generator zur Verfügung gestellt werden. Fällt der Strombedarf, dann beschleunigt der Generator und die Netzfrequenz steigt.
Diese Schwankungen sind ein Indikator für die Stabilität des Stromnetzes und müssen entsprechend der Strombedarfsanforderung ausgeglichen werden. Dazu gibt es mehrere Steuerungsmechanismen. Die Momentanreserve wird praktisch von den Rotationsmassen der Generatoren bereitgestellt, während weitere längerfristige Reserven von regelbaren Kraftwerken aufgewendet werden müssen.
Windkraftanlagen und Solaranlagen können nicht bei Bedarf in Sekundenbruchteilen oder gar Minuten hochgefahren werden, wenn dazu keine weitere Antriebsleistung, sprich Sonne oder Wind zur Verfügung steht. Auch die Rotationsmasse eines Windrotors für die Momentanreserve des Generators ist nicht ausreichend, da dieser zwar Masse hat, aber keine wesentlichen Umdrehungen aufweist.
Fällt die Netzfrequenz unter einen bestimmten Wert müssen sofort Lasten abgeworfen werden, steigt sie über einen bestimmten Wert, muss sofort der Stromverbrauch erhöht, bzw. Lasten zugeschaltet werden.
Die Homepage von Netzfrequenz Info zeigt anschaulich die Bereiche zur Steuerung der Netzfrequenz.
An dieser Grafik sind die Notfallmaßnahmen aufgezeigt. Bewegt sich die Netzfrequenz in einem kontrollierten Rahmen und es werden Lastabwürfe notwendig, dann spricht man vom Brownout. Wenn dies dann nicht reicht, oder es tritt ein Fehler auf und die Trennung der Kraftwerke wird eingeleitet, dann ist Blackout. Bei all den Szenarien kann es allerdings zu unkontrollierbaren Zuständen kommen, die eine Zerstörung der Netzinfrastruktur zur Folge haben.
So gab es am 08. Januar 2021 einen Störfall im osteuropäischen Netzbereich. Dies hatte Auswirkungen auf das gesamteuropäische Netz und es drohte zu kollabieren. Um das zu verhindern, mussten die Netzbetreiber das Netz trennen. Zum Bericht auf Netzfrequenz Info gelangen Sie über diesen Link:
https://www.netzfrequenz.info/2021/01
Um eine Vorstellung zu bekommen, wie Regelleistung funktioniert und welche Regelleistung jeweils notwendig ist, verweisen wir auf den Link auf Netzfrequenz Info mit folgender Grafik:
Am ruhigen Freitagabend den 07.01.2022 zeigt sich zwischen 19:28 und 19:29 das obige Bild. Die Netzfrequenz ist zu hoch und es muss gegengeregelt werden. Wahrscheinlich werden Büros geschlossen, Lichter ausgeschaltet, Herdstellen abgedreht und es ist zu viel Ladung (Strom) im Netz (blaue Kurve), die Generatoren laufen zu schnell. Deshalb muss die Einspeisung abgeregelt werden (braune Kurve).
