BLACKOUT-GEFAHR
Sind volatile, wetterabhängige Energie-Erzeuger Teil der Lösung oder des Problems?
Die Gefahr eines verheerenden Blackouts in Europa wird leider von Tag zu Tag grösser und mit jeder Kraftwerksabschaltung in Deutschland und der Schweiz wahrscheinlicher. Daran kann auch ein weiterer, massenhafter Zubau mit Windrädern nichts ändern – ganz im Gegenteil. Denn entgegen der landläufigen Meinung ist nicht jede erzeugte Gigawattstunde Strom zwingend hilfreich.
Um die Netzfrequenz von 50Hz zu sichern, muss jederzeit exakt soviel Energie erzeugt werden, wie verbraucht wird. Ein hoher Anteil volatiler Erzeuger gefährdet die Netzstabilität und erhöht das Risiko eines Blackouts.
Windräder sind nicht schwarzstartfähig. Sie benötigen zum Anfahren und zum Betrieb selbst elektrischen Strom, den sie bei Normalbetrieb aus dem Niederspannungs-Verteilnetz entnehmen. Zum einen für das Drehen von Gondel und Rotor, um beide nach einem Stillstand wieder in den Wind zu drehen, bzw. zur Windrichtungsnachführung während des Betriebes – dies erfolgt über einen waagerecht liegenden Zahnkranz am oberen Turmende, die sog. Azimutregelung, die von vier bis acht Elektromotoren betrieben wird. Und zum anderen für die Einstellung des erforderlichen Anstellwinkels der Rotorblätter, die sog. Pitchregelung, die über Elektromotoren im Inneren der Blattnabe bewegt wird.
Zum Eigenverbrauch einer Windkraftanlage zählt natürlich auch die gesamte Schalt-, Steuer- und Regelungstechnik im Inneren der Anlage, z.B. für Pumpen, Lüfter, Filteranlagen, Bremsanlage, Ölheizung, sämtliche Messinstrumente inkl. Sensorik, Überwachungs- und Monitoringsysteme etc.. Laut Wind-Lexikon benötigt z.B. eine 3-MW-Anlage (zum Anfahren und zum Betrieb bei einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s) elektrischen Strom in der Größenordnung von 20 kW Leistung.
HOCHKOMPLEX: DIE NETZFREQUENZSTABILISIERUNG
Wirklich schwarzstartfähig sind nur Laufwasserkraftwerke, Pumpspeicherwerke, Gasturbinenkraftwerke und Dieselgeneratoren, da sie zum Starten keine oder nur geringe Mengen an elektrischer Energie benötigen (die sich lokal bereitstellen lassen, z.B. durch Batteriespeicher). Großkraftwerke wie Kohle- und Kernkraftwerke können allerdings schwarzstartfähig gemacht werden, indem man den Strom, den sie zum Eigenbedarf benötigen, durch speziell installierte lokale Gasturbinen oder Dieselgeneratoren erzeugen lässt, die sich wiederum mit Akkumulatoren starten lassen.
Der Versorgungswiederaufbau nach einem Blackout lässt sich ohnehin nur über kleinere Inselnetze erreichen, die nach und nach zusammengeschaltet werden, was allerdings viele Tage oder gar Wochen dauern kann. Je größer das wieder funktionierende Verteilnetz dann wird, umso wichtiger wird die Stabilisierung der Netzfrequenz von exakt 50 Hz, um erneute Netzzusammenbrüche zu verhindern.
Dr. Peter Heller, Physiker
»… Die Festlegung der Netzfrequenz auf einen Wert von fünfzig Hertz folgt keiner physikalischen oder technischen Notwendigkeit, sondern spiegelt eine historisch gewachsene Vereinbarung wieder. Da diese nun aber verbindlich gilt, richten sich auch alle nach ihr, Verbraucher wie Versorger. Weicht die Netzfrequenz zu stark von ihrem Sollwert ab, funktionieren sehr viele elektrotechnische und elektronische Systeme nicht mehr besonders gut, viele überhaupt nicht mehr und manche können gar beschädigt oder zerstört werden. Dies gilt insbesondere für die Werkzeugmaschinen in der industriellen Produktion, wie auch für die Einrichtungen des Netzbetriebs selbst, von den Kraftwerken bis zu den Transformatoren. Unterhalb von 47,5 und oberhalb von 51,5 Hertz wären beispielsweise die Generatoren vieler Erzeugungsanlagen gefährdet, was zu Notabschaltungen und einem vollständigen Zusammenbruch der Versorgung führen würde. Für einen optimalen Betrieb sollte die Netzfrequenz sogar immer in dem Band zwischen 49,98 und 50,02 Hertz liegen.
Es ist nicht ganz so einfach, dies zu gewährleisten. Jede Energieentnahme verlangsamt die Schwingung der Elektronen, die Netzfrequenz sinkt. Jede Energiezufuhr beschleunigt den Formationstanz der Ladungsträger, die Netzfrequenz steigt. Energiezuflüsse und Energieabflüsse müssen sich also immer die Waage halten, um der Anforderung nach einer konstanten Netzfrequenz zu genügen. Im alltäglichen Betrieb kann man das regeln. Zumal man über genug Erfahrungswerte verfügt, die es gestatten,den voraussichtlichen Bedarf für einen bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft zu prognostizieren. Wind- und Sonnenstrom allerdings stellen in dieser Hinsicht Störfaktoren dar. Denn sie beteiligen sich aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und ihrer volatilen, wetterabhängigen Erzeugungscharakteristik weder an der Definition der Netzfrequenz, noch an deren Haltung. Sie sind über Umrichter an das Netz angeschlossen, die sich eben nach irgendetwas „richten“ müssen, um die elektrische Energie aus Solarzellen und Windrädern an die Erfordernisse anzupassen.
Oft gehörte Klagen von Befürwortern der Energiewende, die herkömmlichen Kraftwerke würden die Leitungen „verstopfen“ und dem Wind- und Sonnenstrom dadurch Zugänge versperren, sie wären gar verantwortlich für immer häufiger auftretende Produktionsüberschüsse, für deren Aufnahme zur Sicherung der Netzstabilität ausländische Abnehmer sogar bezahlt werden müssen (negative Strompreise), sind daher entweder irreführende Propaganda oder Ausdruck intellektuellen Schiffbruchs. Ohne den durch die Rotation der Läufer in den Generatoren der großen thermischen Kraftwerke vorgegebenen Takt gäbe es erst gar kein Stromnetz, in das noch andere Erzeuger integriert werden könnten…«
Grundlastfähigkeit?
in der untenstehenden Grafik sieht man eine Jahresproduktion deutscher Windkraftanlagen visualisiert. Wie unschwer zu erkennen ist, bewegt man sich weitab von der installierten Nennleistung und man ist konfrontiert mit enormen Produktionsspitzen -und Tälern, die es zu glätten gilt. Eine Grundlastfähigkeit ist so unmöglich gegeben.
Titel der Grafik
Quelle?
Es sollte sich doch nun langsam herumgesprochen haben, woher die Blackout-Gefahr kommt und wie sie sich reduzieren lässt – jedenfalls nicht mit dem Zubau von noch mehr Windrädern, die nichts zur Versorgungssicherheit beitragen.