Stabiles Gleichgewicht: Leistungselektronik schließt Lücke in der Energiewende

Netzlücken, Störungen und Spannungsschwankungen... Die Umstellung auf Ökostrom bedeutet sowohl für Übertragungsnetzbetreiber als auch für die Industrie einen großen Umbruch, weshalb sich in den letzten zehn Jahren zunehmend günstige Leistungselektronik-Lösungen durchgesetzt haben, welche die Geschwindigkeit, Stabilität und Flexibilität erhöhen.

 

Von Blas Ulibarri

Gäbe es eine Weltkarte aller installierten Übertragungsnetze, würde man darauf 100 Installationen des schnellsten dynamischen Spannungsregulierers finden, der Stromnetze auf allen Kontinenten verbessert und stützt – natürlich mit Ausnahme der eisigen Antarktis.

Ob Sie auf der Karte den Dschungel und die Hochebenen Amerikas erkunden, oder die kleebedeckten Prärien absuchen – Sie werden leistungselektronische Netzlösungen in den überraschendsten Regionen finden, in denen die klimatischen oder geologischen Bedingungen eigentlich zu harsch für selbst die robustesten leistungselektronischen Lösungen scheinen: Im heißen Wüstenklima von Medina, wo die Temperaturen bis zu 50 Grad brutzeln können, und in den arktischen Bedingungen von Alberta, wo die Temperaturen so weit unter Null sinken können, dass sie Autoreifen quadratisch werden lassen.

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Bessere Gehirne und stärkere Muskeln

In der Vergangenheit wurden einfache mechanisch geschaltete Kondensatoren zur Blindleistungskompensation eingesetzt, um die Spannung in Stromnetzen zu stabilisieren; doch die Reaktionszeit und Regelgenauigkeit waren suboptimal. Die Einführung der Leistungselektronik hat seither die Technologien Static Var Compensation (SVC) und Static Synchronous Compensator (STATCOM) massiv weiterentwickelt. SVC PLUS ist die fortschrittliche STATCOM-Lösung von Siemens. Die verwendete Leistungselektronik ist der kraftvolle Muskel, der die hohen Lasten an Blindleistung für dynamische Stabilität trägt. Und es wird von einem eigens entwickelten Steuerungssystem oder Gehirn gesteuert, das schnellere Reaktionszeiten und noch feinere Anpassungen bei der Lastkompensation ermöglicht.

Abnormales EKG der Energie: Sackgassen, Stacheln und Stromausfälle

Die Popularität und Notwendigkeit von SVC PLUS bei den Betreibern von Übertragungs- und Verteilungsnetzen ist in den letzten zehn Jahren Hand in Hand mit der Popularität und Notwendigkeit erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne gewachsen. Und der Zusammenhang ist leicht zu erklären: Von Küste zu Küste und von Mast zu Mast wurden die meisten unserer Übertragungsnetze für eine längst vergangene Ära großer, zentralisierter Kraftwerke gebaut, die eine konstante Stromversorgung lieferten und als Stoßdämpfer fungierten, wenn große Lasten ins Netz gespeist oder ihm entnommen wurden. Die Systeme wurden für die großflächige Umstellung auf fluktuierende Energiequellen wie Wind und Sonne weder konzipiert noch gebaut.
 

Fluktuierende Stromquellen können unvorhergesehen wegbrechen oderSpitzenleistung erbringen, oder auch einmal durchhängen, wie die Kurve eines abnormalen Herzschlags auf einem Elektrokardiogramm (EKG). Diese Spannungsschwankungen sowie Netzfehlfunktionen und -schäden können zu Fehlern führen, die Ihr Licht zum Flackern bringen – oder schlimmer noch: für immer ausfallen lassen. Denken Sie an den Stromausfall in Indien vor einigen Jahren, der das halbe Land ohne Strom zurückließ, oder einen der zehn großen Stromausfälle im vergangenen Jahr.

Investitionen in SVC PLUS-Systeme haben die Netzflexibilität erhöht
I.S. Jha, ehemaliger Vorsitzender und Geschäftsführer von PGCIL

Das Sicherheitsnetz für Indiens große Energiewende

Blindleistungslösungen helfen dem Betreiber, Stromausfälle durch übermäßige Lasten und Überspannungen oder unzureichende Spannung, oder Stromausfälle durch Naturkatastrophen zu vermeiden, die einen oder mehrere Teile des Netzes betreffen können. Sie sind eine Art Sicherheitsnetz für all diese Herausforderungen, insbesondere wenn Energieversorger auf erneuerbare Energien umsteigen. Aus Indien zum Beispiel, das ehrgeizige Pläne zur Integration von 175 Gigawatt erneuerbarer Energien ins Netz formuliert hat, kommt auch der bisher größten SVC PLUS-Auftrag. I.S. Jha, der ehemalige Vorsitzende und Geschäftsführer der Power Grid Corporation India Limited (PGCIL), der nun in die Central Electricity Regulatory Commission (CERC) des Landes berufen wurde, sagt, dass „diese Investitionen dem Netz mehr Flexibilität verliehen haben“.

 

Seit seiner ersten Anwendung vor fast einem Jahrzehnt im Thanet Windpark vor der Küste Englands (damals der größte Offshore-Windpark der Welt) bietet SVC PLUS den Netzbetreibern eine flexible, modulare Lösung für die Einhaltung von Netzrichtlinien, erhöht die Stromqualität und bietet dynamische Lastkompensation. Die Lösung verwendet die modulare Multilevel Converter (MMC)-Technologie, die Oberwellen reduziert und den Einbau in stapelbare Behälter mit nur wenigen langlebigen Komponenten ermöglicht. Sie nimmt auf einem Windpark wie Thanet wenig Platz ein und reagiert auf Spannungsschwankungen in rekordverdächtigen 30 Millisekunden.

Standhaft – ob in den Tropen oder im Erdbeben-Gebiet

Die Strapazierfähigkeit der Komponenten wurde vor zwei Jahren in Neuseeland getestet, wo der nationale Netzbetreiber Transpower in der Umrichterstation in Haywards SVC PLUS installiert hatte, um die Strommenge zu erhöhen und dynamische Spannungsregulierung hinzuzufügen, ohne den kostspieligen und zeitaufwändigen Bau neuer Leitungen vornehmen zu müssen. Und als die Region von einem Erdbeben der Stärke 7,8 heimgesucht wurde – das Brücken, Eisenbahnlinien und Häuser einstürzen ließ – lieferte das SVC PLUS-System jederzeit Unterstützung.
In diesem Fall wurde die Lösung zuvor an die seismische Belastung angepasst – was zeigt, wie anpassungsfähig und vielseitig das System sein kann, um die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden zu erfüllen.

 

Gleiches gilt für das System des brasilianischen Energieversorgers Rio Branco Transmissora de Energia in Rio Branco. Dort errichtete Siemens eine SVC PLUS-Anlage im dichten Amazonas-Regenwald, wo in der Regel korrodierende Feuchtigkeit von bis zu 88 Prozent und 250 Zentimeter Regen pro Jahr fallen können. „Vor dem SVC PLUS“, sagt der Energieversorger, „erlitt Rio Branco täglich Stromausfälle aufgrund von Schwankungen im Stromangebot der Übertragungsleitung. Es leistet wirklich beispiellose Arbeit, und die Installation sicherte die Stromstabilität.“

Als der letzte Sturm losging, gingen unsere Lichter schneller wieder an.
David Roop, Direktor für elektrische Übertragung bei Dominion

Eine rasante Lösung in den USA und Deutschland

In den Vereinigten Staaten hatte der Energieversorger Dominion Energy eine einzigartige Anfrage. Sie hatten bereits Siemens SVC PLUS-Lösungen zur Lastkompensation im Einsatz und „als der letzte Sturm losging“, sagt David Roop, Director of Electric Transmission bei Dominion, „gingen unsere Lichter schneller wieder an.“ Aber diesmal wollten sie eine Lösung, die in Notfällen für eine schnelle Wiederherstellung der Energieversorgung vor Ort sorgt – wo sie eben benötigt wird. Mit anderen Worten: Sie wollten eine Lösung auf Rädern. Deshalb hat Siemens gemeinsam mit Dominion eine SVC PLUS-Anlage entwickelt, die in drei leicht zu handhabende Plug-and-Play-Container passt. Der erste dieser neuen mobilen Blindleistungskompensatoren ging im Sommer 2018 in Betrieb.
 

Und Räder sind nicht die einzige Sonderausstattung für SVC PLUS. In Deutschland wird das System für den Netzbetreiber Amprion mit einem neu entwickelten Siemens Aktivfilter ausgestattet, der wie ein Rauschunterdrücker funktioniert und Oberwellen ausgleicht, um eine sauberere Spannung zu erzeugen. Amprion wird das System nutzen, um mehr erneuerbare Energien in das bestehende Netz einzubinden und bei der Abschaltung älterer Anlagen eine stabile Stromübertragung aufrechtzuerhalten. Dies ist die erste SVC PLUS-Anlage in Deutschland; zwei weitere befinden sich derzeit im Bau und laufen seit Dezember letzten Jahres erfolgreich im Testbetrieb. Der Siemens Active Filter ist ein weiterer Schritt zur Schaffung zukunftsfähiger Netze.


27.06.2019

Blas Ulibarri ist freier Journalist und lebt und arbeitet in der Schweiz.

Bild- und Videocredits: independent Medien Design & Yagi Studio DigitalVision via Getty Images

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