Brücken bauen für die Energiewende

Frequenzeinbrüche im Stromnetz innerhalb von Millisekunden ausgleichen – dies ermöglicht die neue Kombination einer Blindleistungskompensation mit sogenannten Super-Kondensatoren von Siemens. Innerhalb kürzester Zeit kann Energie von bis zu 200 Megawatt abgerufen werden. Die Technologie schließt eine wichtige Lücke in Energienetzen, in denen der Anteil herkömmlicher Kraftwerke abnimmt und zunehmend erneuerbare Energiequellen und dezentrale Erzeuger in den Energiemix einspeisen.

Ein Morgen in Deutschland, Millionen Menschen starten in den Tag, Produktionsanlagen fahren hoch, der Energiebedarf steigt. Wenn mehr Energie gebraucht wird, wird mehr erzeugt: Kraftwerke fahren ihre Kapazitäten hoch. So war das lange Zeit in Deutschland und anderen Teilen der Welt. Doch im Zeitalter der dezentralen Energieerzeuger ist vieles komplexer geworden. Die Anforderungen an die Netze verändern sich. Konventionelle Kraftwerke, die für die Stabilität der Netze verantwortlich sind, werden stillgelegt. Erneuerbare Energie jedoch stehen dann zur Verfügung, wenn die Sonne scheint oder der Wind ausreichend bläst; kleine Erzeuger speisen dezentral ein; die Distanzen zwischen dem Ort der Erzeugung – etwa auf hoher See – und dem der Verbraucherschwerpunkte im Landesinneren betragen oft Hunderte Kilometer. Wenn sich dann ein großer Verbraucher zu- oder abschaltet, wirkt sich das spürbar auf die Frequenz des Netzes aus: Es gerät wortwörtlich ins Schwanken.

Den Blackout verhindern

„Wenn wir keine neuen Lösungen zur Stabilisierung der Netze einsetzen, wird in wenigen Jahren der Blackout zum Normalfall“, sagt Alexander Rentschler, Leiter der Product Lifecycle Management (PLM) Einheit bei Siemens Energy Management. Gerade die ersten Sekunden, nachdem die Frequenz im Stromnetz einbricht, entscheiden, ob es zum Ausfall kommt. Siemens präsentiert jetzt eine Technologie, die es ermöglicht, genau innerhalb dieser kritischen Zeit Energie zur Verfügung zu stellen und Schwankungen auszugleichen. Die Kombination des bewährten Kompensators SVC Plus von Siemens mit sogenannten Super-Kondensatoren schließt unter dem Namen SVC Plus FS die Lücke, die durch das Abschalten von herkömmlichen Kraftwerken entsteht. Der Hintergrund ist vielschichtig.

Wenn wir keine neuen Lösungen zur Stabilisierung der Netze einsetzen, wird in wenigen Jahren der Blackout zum Normalfall.

Wer die innovative Leistung des SVC Plus FS verstehen möchte, muss sich ein Gesamtbild der aktuellen Situation im Stromnetz verschaffen. Stromnetze mussten zwar stets in der Lage sein, Schwankungen auszugleichen. Die Energiewende hat diese verstärkt. Zusätzlich führt sie dazu, dass die Werkzeuge, die zum Ausgleich zur Verfügung stehen, begrenzt sind. „Wo die Anzahl klassischer Kraftwerke, die mit Gas oder Kohle betrieben werden, abnimmt, schwinden die Möglichkeiten der natürlichen Dämpfung aus den rotierenden Massen“, erklärt Alexander Rentschler die Situation: „Die gespeicherte Energie – beispielsweise aus den Schwungrädern von Generatoren oder aus Dampferzeugern – steht direkt zur Verfügung.“ Innerhalb von Sekunden stelle sich im Netz wieder ein Gleichgewicht ein. Experten nennen diese in den rotierenden Massen der Generatoren gespeicherte Energie die „Trägheit des Netzes“.

Frequenzeinbrüche erzeugen enorme Kosten

Anders sieht es bei den umweltfreundlicheren Energiequellen aus. „Erneuerbare Energien werden über Umrichter eingespeist. Es gibt also keinen direkten Zugriff auf die gespeicherte Energie einer Windkraftanlage“, erklärt Rentschler. „Oder nehmen wir vorhandene Speicherkraftwerke im Netz wie Pumpspeicherkraftwerke: Hier kann erst zeitverzögert auf den Frequenzeinbruch reagiert werden, nach dem beispielsweise der mechanische Schieber in der Druckleitung geöffnet wurde.“

Ein stabiles Netz sei jedoch für die Industrie wie auch die Infrastruktur so essentiell, dass die verlorenen Sekunden gravierende Auswirkungen haben können. „Große Verbraucher  beispielsweise  werden gezielt abgeschaltet, wenn die Frequenz vom Standard 50 Hertz auf unter 49 Hertz abfällt, bis bei 47,5 Hertz die Kraftwerke vom Netz genommen werden“, erklärt Rentschler. Ein Ausfall ziehe enorme Kosten nach sich. Um dieses Szenario zu vermeiden werden aktuell, Kraftwerke und auf Stand-by gefahren was sehr ineffizient sei. „Zudem ist diese Situation eine Bremse für die Energiewende.“

 

Der SVC Plus FS von Siemens macht das Netz laut Alexander Rentschler robuster und  verstärkt seine Trägheit. Er baut damit eine Brücke für das dezentrale Stromzeitalter. Siemens ist der erste Anbieter, der seinen Blindleistungkompensator in Kombination mit Superkondensatoren anbietet und dadurch Energie von bis zu 200 Megawatt in kürzester Zeit abrufbar macht. Der Vorteil von Superkondensatoren liegt in ihrer Beschaffenheit. Während in Batterien beim Laden ein chemischer Prozess abläuft, ist dieser bei Superkondensatoren elektrostatisch: „Das Be- und Entladen geht deutlich schneller, wenn nicht Moleküle, sondern Elektronen in Bewegung gesetzt werden“, erläutert Rentschler.

Siemens ist der erste Anbieter, der seinen Blindleistungkompensator in Kombination mit Superkondensatoren anbietet.

Zudem verbrauchten die Kondensatorenschränke, in denen Siemens die vom Partnerunternehmen Maxwell gebauten Einheiten bündelt, weniger Raum. Das Management der Kombination aus Blindleistungskompensation und Superkondensator, dessen Anschluss ans Netz und die Systemintegration stammen von Siemens. „Wir passen die Anlage konkret an die Anforderungen des Kunden an. Wer mehr Leistung braucht, kann schlicht mehr Schränke einbauen“, sagt Rentschler. Die Kunden hätten dadurch einen Wettbewerbsvorteil. Sie könnten direkt Energie zur Verfügung stellen, wenn Frequenzeinbrüche entstehen und dadurch die Netze stabilisieren. Zudem mache der SVC Plus FS die Betreiber unabhängig von anderen Pufferlösungen, wie etwa dem ineffizienten Bypass-Betrieb von Kraftwerken. Übertragungsnetzbetreiber weltweit, bei denen dieses Situation zum Problem wird und die bisher über Batterien oder Schwungmassenspeicher nachdenken, haben Interesse signalisiert.

21.08.2018

Sandra Zistl

Bildquellen: von Oben: 1. picture alliance / dpa

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