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Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

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  1. Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Yeeeeeeeeha 24.06.17 - 13:52

    Oft wird ja damit argumentiert, dass Atomkraftwerke (und andere kalorische Kraftwerke, insbesondere Kohle) wichtig sind, um die Grundlast zu sichern. Das stimmt nur teilweise, bzw. es ist komplexer. Was da noch alles reinspielt, war mir bis vor kurzen auch vollkommen unklar, es ist in der öffentlichen Debatte quasi nicht vorhanden.

    Das große, noch ungelöste Problem ist nicht (nur) die _Menge_ der erzeugten Energie, sondern die _Regelung_ dieser Menge, genau genommen um die Netzfrequenz, die direkt von dieser Menge abhängt.

    Warum?

    Elektrische Energie kann im Stromnetz nicht gespeichert werden. Es muss jederzeit genau so viel erzeugt werden, wie auch verbraucht wird. Weicht erzeugte und verbrauchte Energiemenge zu sehr voneinander ab (im Bereich von wenigen Prozent), wird das gesamte Netz instabil und es kommt zu großen Blackouts, bei denen das gesamte Netz zusammenbricht.

    Längerfristige Abweichungen werden korrigiert, indem man schnell regelbare Kraftwerke die Gasturbinen oder Wasserkraftwerke hochfährt oder vom Netz nimmt. Wenn also Wolken aufkommen und Photovoltaik weniger Strom produziert (Wind und Sonne sind prinzipiell nur sehr eingeschränkt regelbar), muss anderswo nachgefeuert werden. So weit, so gut.

    Was ist aber mit kurzfristigen Veränderungen? Wenn zum Beispiel ein Stahlwerk seinen Ofen anschaltet, müssten Kraftwerke in Sekundenbruchteilen nachregeln - was technisch nicht möglich ist. Was passiert also? Wenn mehr elektrische Energie entnommen wird, steigt quasi der Widerstand in den Generatoren und die Rotoren drehen sich langsamer, die Netzfrequenz sinkt. Wird der Ofen abgeschaltet, drehen sich die Rotoren schneller, die Netzfrequenz steigt. Beides darf aber nicht passieren, weshalb man wie gesagt regelt, indem man zum Beispiel mehr Brennstoff zuführt (Rotor schneller) oder Ventile schließt (Rotor langsamer). Dabei hat man aber immer eine Verzögerung und dadurch immernoch eine schwankende Netzfrequenz. Wie bügelt man die nun glatt?

    Der Trick sind die Rotoren der Generatoren selbst: Die sind nichts anderes als riesige Schwungmassen, die der Trägheit unterliegen. Sie können also gar nicht in so kurzer Zeit so viel schneller oder langsamer werden. Auch ist für diese kurzfristige Regelung keinerlei Kommunikation zwischen den Kraftwerken notwendig. Das deutsche Verbund-Stromnetz ist also _selbststabilisierend_, das Ausbügeln kurzer Spitzen ist mit diesen großen Schwungmassen inhärent im Netz enthalten.

    Nun steigt man aber immer mehr von großen kalorischen ( = Wärme über Dampf zu Strom) Kraftwerken auf dezentrale Energieerzeugung um. Das Problem: Photovoltaik-Anlagen, Windräder, Wasserkraftwerke, dezentrale Biomassekraftwerke und so weiter haben keine großen Schwungmassen. Die Stabilisierung der Netzfrequenz muss von immer weniger Großkraftwerken geleistet werden, die schließlich irgendwann komplett wegfallen sollen.

    Das ist jetzt schon eine gewaltige Herausforderung und auch etwas, worum man sich noch nicht so wirklich gekümmert hat - schließlich läuft es ja noch, irgendwie.
    Eine aktuell angedachte Möglichkeit zur Lösung des Problems ist das Smart-Grid: Wenn die Energieerzeuger die Regelung nicht mehr leisten können, müssen die Abnehmer das übernehmen. Wenn also das Stahlwerk seinen Ofen anschaltet, müssen wo anders zum Beispiel elektrische Heizungen runtergefahren oder Elektroautos langsamer geladen werden - und zwar in Sekundenbruchteilen.


    Wer mehr wissen will (und vor allem korrekter und vollständiger, als ich das jetzt wiedergeben konnte ;)), möge sich eineinhalb Stunden Zeit nehmen und diesen Podcast anhören: http://omegataupodcast.net/246-stromnetze-ein-uberblick/

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
    Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin

  2. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: EWCH 24.06.17 - 14:07

    das stimmt alles und ich bin auch kein Ahaenger dieser in vielen Punkten undurchdachten Energiewende, allerdings braucht es fuer Schwungmassen keine Kohlebefeuerung. Man koennte die Generatorhaeuser der abgeschalteten Kernkraftwerke einfach beibehalten und die vorhandene Schwungmasse weiterbetreiben.

  3. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: MüllerWilly 24.06.17 - 14:28

    Yeeeeeeeeha schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Das ist jetzt schon eine gewaltige Herausforderung und auch etwas, worum
    > man sich noch nicht so wirklich gekümmert hat - schließlich läuft es ja
    > noch, irgendwie.

    Da muss ich korrigieren. Der Generator vom Atomkraftwerk Biblis wurde umgebaut zu einem Netzstabilisator (Phasenschieber).

  4. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Anonymer Nutzer 24.06.17 - 14:52

    Solar- und Windkraftwerke haben zwar keine großen Schwungmassen, sind aber normalerweise elektronisch geregelt. Sie können also prinzipiell durchaus sehr schnell auf Schwankungen der Netzfrequenz reagieren (auch wenn das regelungstechnisch recht anspruchsvoll ist). Mit Batteriespeichern geht das noch besser. Die können im Prinzip innerhalb von Millisekunden von +100% auf -100% schalten. Entsprechende Anlagen laufen auch schon am Netz. Es ist nicht so, dass sich noch niemand außer dir darüber Gedanken gemacht hat.

  5. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: bombinho 24.06.17 - 15:24

    Danke, das spart mir, das Gleiche nochmal zu schreiben.

  6. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: bombinho 24.06.17 - 15:35

    Da gibt es in anderen europaeischen Laendern verbreitete Systeme, mit denen sich Verbraucher bei Bedarf ab und auch zuschalten lassen und zwar konzertiert und vom Energielieferanten. Zum Beispiel lassen sich damit Speicherheizungen zu und abschalten. Dort wird die Ladezeit zum guenstigen Tarif garantiert aber der Verbraucher hat nur wenig Einfluss, wann das der Fall ist.

    Soweit die Speicherheizung passend ausgelegt ist, um die Schwankungen aufzufangen beziehungsweise die Aufheizzeiten nicht zu weit auseinander liegen, dann funktioniert das Ganze recht gut.

    Dazu hat der Stromzaehler einen ungeregelten Ausgang fuer Steckdosen, Licht etc. und einen geregelten Ausgang, welcher via Funksignal und Zeitschaltuhr zu bestimmten Zeiten zugeschaltet wird. Es gibt auch externe Schalter fuer de selben Zweck.

    Damit lassen sich, wie bereits erwaehnt, die groesseren privaten Verbraucher bedarfsgesteuert und angebotsgesteuert zu- und abschalten. Durch die zusaetzliche interne Uhr als bekannte Rueckfallsteuerung laesst sich das System auch nur bedingt von Dritten manipulieren.

    Anhang: Den Kunden ist diese Art Energieversorgung oft auch ganz recht, da sich darueber der finanzielle Aspekt der Waermeversorgung um knappe 10% verringern laesst.
    Was wiederum in Anbetracht von bezahlten Abschaltungen immer noch guenstiger (fuer den Anbieter) ist.



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 24.06.17 15:49 durch bombinho.

  7. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Yeeeeeeeeha 25.06.17 - 11:42

    MüllerWilly schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Da muss ich korrigieren. Der Generator vom Atomkraftwerk Biblis wurde
    > umgebaut zu einem Netzstabilisator (Phasenschieber).

    Ah, cool! Die Möglichkeit wurde im Podcast glaube ich auch erwähnt, aber mit der offenen Frage, wie da die Finanzierung aussehen soll. Bisher kauft man diesen Service ja quasi bei den Kraftwerksbetreibern zusammen mit dem Strom ein, was natürlich nicht mehr funktioniert, wenn es kein Strom produzierendes Kraftwerk mehr ist.

    Weißt du da genaueres?

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
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  8. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Rabenherz 25.06.17 - 22:15

    Ja das stimmt so alles. Das Problem in Deutschland ist auch das viele Industriestandorte sehr zentral beieinander liegen, also sehr geballt. Wir mussten schon Aluhütten Stundenweise vom Netz abkoppeln um es an diesen Punkten zu stabilisieren.

  9. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Red-Fox 26.06.17 - 09:54

    In dem Bericht steht genaueres zum Phasenschieber, Punkt 4.4

    https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Downloads/DE/Allgemeines/Bundesnetzagentur/Publikationen/Berichte/2011/BerichtNotwResKKW31August2011pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=2

  10. Re: Wie "Anspannung im Netz" und Atomkraftwerke noch zusammenhängen (Erklärung)

    Autor: Yeeeeeeeeha 26.06.17 - 10:08

    Ah, dankesehr, interessant!

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
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