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Netzsteuerung und Lastausgleich

Netzsteuerung

Wie das elektrische Netz funktioniert

Netzsteuerung und Lastausgleich
Wie mit Hilfe von Netzsteuerung und Lastausgleich das Stromnetz funktioniert
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Netzsteuerung

Das Grundproblem in der Erzeugung von elektrischer Energie ist, dass zu jedem Zeitpunkt genau die Menge an Energie bereitgestellt werden muss, die gerade verbraucht wird. Dazu bedarf es einer umfangreichen Netzsteuerung.
Der Verbrauch schwankt mit jedem Zu- und Abschalten eines Verbrauchers in tages- und jahreszeitlichen Rhytmen.

Speichermöglichkeiten existieren nur in geringem Umfang.
Über das europäische Verbundnetz UCTE (Union pour la coordination du transport de l´electricite) sind alle angeschlossenen Kraftwerke und Verbraucher, auf die die Netzsteuerung einwirkt, untereinander verbunden.
Maßgebende Größe für einen sicheren Betrieb ist die Netzfrequenz. In Europa beträgt diese Frequenz 50 Hertz. Steigt der Verbrauch, ohne dass die Produktion von elektrischer Energie sich anpasst, sinkt die Frequenz und umgekehrt. Diese Frequenzänderungen beeinflussen den sicheren Netzbetrieb und führen bei Überschreiten bestimmter Toleranzgrenzen zu Netzauftrennungen und möglicherweise zu Zusammenbrüchen. Damit das Zusammenwirken aller Kraftwerksanlagen problemlos funktioniert, muss mit Hilfe der Netzsteuerung dafür gesorgt werden, dass die Frequenz im Normalbetrieb nur in einem engen Streubereich pendelt. Dieser liegt bei wenigen Millihertz.

Lastausgleich

Um die Frequenz bei ständig schwankendem Stromverbrauch und gleichzeitig sporadisch sich verändernder Erzeugung durch z.B. Windenergie konstant zu halten, müssen vordefinierte Produktionsanlagen die ins Netz eingespeiste Leistung anpassen. Dieser Vorgang wird als Lastausgleich bezeichnet.

Netzsteuerung und Lastausgleich

Zur Sicherstellung des erforderlichen Gleichgewichtes muss eine bestimmte Erzeugungsleistung als Reserve vorgehalten werden, die bei Nichtverfügbarkeit von Kraftwerken (z.B.durch Wartungsarbeiten oder unvorhergesehene Ereignisse) eingesetzt wird. Störungen dieser Art können Kraftwerksausfälle sein, bei denen möglicherweise im Sekundenbereich eine große Erzeugerleistung im Netz nicht mehr zur Verfügung steht, aber auch Abschaltungen von starken Verbrauchern, die dann sofort eine zu hohe Einspeiseleistung zur Folge hätten.
Neben der reinen Energieerzeugung sind damit für den notwendigen Lastausgleich die Bereitstellung von Regelleistung und Reserveleistung wichtige Dienstleistungen für die Gewährleistung eines sicheren und zuverlässigen Netzbetriebes.
In zunehmendem Maße spielt hierbei die Stromerzeugung aus Wind und Sonne eine besondere Rolle. Nicht präzise prognostizierbares Windaufkommen oder Sonneneinstrahlung bei gleichzeitiger politisch gewollter Vorrangstellung bei Verfügbarkeit, machen besondere Maßnahmen bezüglich Lastausgleich und Netzsteuerung erforderlich.
Das heißt konkret, konventionelle Kraftwerke müssen zurückgefahren werden, wenn Windaufkommen und/oder Sonneneinstrahlung stark sind. In jüngster Vergangenheit hat das bereits zu dem Phänomen negativer Preise an der Strombörse geführt. Zum Beispiel wird dann eine Zuzahlung bei Abnahme bestimmter Energiemengen angeboten, um Nachfrage zu generieren. Denn es kann für ein Kraftwerk billiger sein, bei Ermöglichung einer konstanten Fahrweise durch entsprechende Abnahme noch eine Prämie draufzulegen, als den aufwendigen und teuren Prozess des Zurückfahrens in Kauf nehmen zu müssen.

Regel- und Ausgleichsverfahren

Je nach Art und Größe der Schwankungen von Erzeugung und Verbrauch gibt es konkrete Regel- und Ausgleichsverfahren, die hier nur kurz erwähnt sein sollen:
Primärregelung - Sofortreaktion auf kleinere Schwankungen durch automatische Regler
Sekundärregelung - in der Regelzone, die das Ungleichgewicht verursacht hat, wird nachgeregelt und somit die ausgeglichene Bilanz wieder hergestellt
Tertiärregelung - Verschiebung der Arbeitspunkte durch Regelung der an der Sekundärregelung beteiligten Maschinen (Leistungsumverteilung mit dem Ziel, ein ausreichendes Sekundärregelband wieder herzustellen sowie wirtschaftlich optimale Aufteilung der Sekundärregelleistung auf die einzelnen Maschinen zu erreichen).
Lastausgleich - entsprechend des prognostizierten Tagesverlaufs des Verbrauchs werden Kraftwerksblöcke zu- und abgeschaltet bzw. Leistungen der laufenden Kraftwerke angepasst.

Das sichere Betreiben eines Stromnetzes ist eine höchst komplexe Aufgabe.
Hier ist ganz besonders die Politik gefragt. Sie muss zuverlässige Rahmenbedingungen schaffen,um die dringend benötigte Investitionssicherheit für die Energieversorger zu gewährleisten.