Aufrufe
vor 4 Jahren

4 | 2014

  • Text
  • Deutschland
  • Anlagen
  • Energien
  • Leistung
  • Entwicklung
  • Bild
  • Strom
  • Erneuerbaren
  • Deutschen
  • Derzeit
  • Energiemarkt
  • Fokus

Stromnetze Bild 3

Stromnetze Bild 3 Darstellung aller Frequenzbänder von 5mHz bis >50 Hz. Das orangefarbene Frequenzband beschreibt Moden von 0bis 0,3 Hz und kann den Zwischensystemschwingungen des Entso-E-Netzes zugeordnet werden. anschauen. Grob gesprochen versteht man unter Redispatch einen Eingriff in das System, um Systemzustände zu korrigieren, die abweichend von der geplanten Netznutzung sind. Vor etwa zehn Jahren waren das etwa zwei bis drei Eingriffe pro Jahr, aktuell durchaus 50 pro Tag. Diese Maßnahmen sind Eingriffe auch in den Markt und müssen vom Netzbetreibermit finanziert werden.Darüber hinaus gibt es weitere Maßnahmen. Auf den Oberhofer Energietagen im Herbst letzten Jahren haben Sie von einem Industrieunternehmen berichtet, das innerhalb eines Monats einige Produktionsschichten durch kurzzeitige Spannungseinbrüche im Netz verloren haben soll. Ist das ein Einzelfall oder die Spitze eines Eisberges? Es handelt sich keineswegs um einen Einzelfall. Die Problematik hat aber unterschiedliche Ursachen und ist differenziert zu betrachten. Prinzipiell ist festzustellen, dass vor allem auch auf der Seite der Lasten sehr nachlässig mit diesen Themen umgegangen wurde. Zum Beispiel wurde und wird bei der Anschaffung von Anlagen oder Maschinen häufig nicht auf die Einhaltung von Störempfindlichkeitslevels Rücksicht genommen. Durch den Kostendruck sind preiswerte Lösungen installiert worden, die zwar funktionieren, aber sehr störempfindlich sind.Beobachten kann man auch, dass zum Beispiel bei der Entwicklung leistungselektronischer Anwendungen die Taktraten so hoch getrieben werden, dass die Emissionsspektren der Geräte außerhalb der PQ-Norm DIN EN 50160 liegen. Dann sieht die Welt messtechnisch zwar gut aus, die Geräte reagieren aber stark auf äußere Einflüsse oder Wechselwirkungen zwischen Geräten und Anlagen –oder auch aus dem Netz. Was häufig vergessen wird: Es handelt sich umein System. „Kundenanlagen müssen störfest reagieren können“ Also tragen nicht nur Einspeiser zur Problematik bei, sondern auch Energieabnehmer? Zweifellos. Industrielle Stromversorgungen werden heute noch genau so geplant wie vor vielen Jahren. Kopplungs- effekte zwischen Produktionsteilen auf der elektrischen Ebene werden nach meiner Beobachtung in vielen Industrieunternehmen überhaupt nicht berücksichtigt. Jeder plant und baut für sich. So lange die Systeme entkoppelt funktioniert haben, war das auch o.k. Doch heute gilt das nicht mehr. Physikalisch muss man aber unterscheiden, um welche Phänomene es sich handelt. Die Möglichkeiten der Netzbetreiber bei kurzen Unterbrechungszeiten technisch zu reagieren, sind begrenzt, wenn überhaupt vorhanden. In solchen Fällen müssen die Kundenanlagen in der Lage sein, entsprechend störfestzureagieren. Um welche Wechselwirkungen und Dynamiken im Netz handelt essich? Wenn man eine Nachricht übertragen möchte,benötigtman einen Sender,eine Übertragungsstrecke und einenEmpfänger. Der Sender beinhaltet eine Nichtlinearität zur Codierung, der Empfänger eine entsprechende Nichtlinearität zur Decodierung. Wenn also ein System aus Nichtlinearitäten besteht, dann fangen alle Elemente an, sich über die Übertragungsstrecke auszutauschen. Genau diese Situation haben wir imNetz mit der Integration nichtlinearer Elemente in Form von vielen dezentralen Einspeisern und Lasten geschaffen. Die Wechselwirkungen finden in Bereichen unter 50 Hz Nennfrequenz statt. Dass es Wechselwirkungen gibt, ist ganz natürlich. Allerdings erfordert die sich abzeichnende veränderte Dämpfung des Systems durch die neuen Komponenten eine kritischere Betrachtung. In der Vergangenheit haben diese Wechselwirkungen keine große Rolle gespielt, heute schon. In Abhängigkeit der Geräte- und Anlagenkonzepte –also dem Typder Nichtlinearität –können wir mittlerweile bestimmte Muster erkennen und bewerten. Ab einem bestimmten Level treten Störungsvorgänge auf, können Fehlaus- lösungen der Schutztechnik usw. beobachtet werden. Inextremen Fällen werden auch Anlagen zerstört. Fälle dazu gibt es auf allen Spannungsebenen. „Bislang haben wir nur Mauern gebaut“ Was müssen denn Wechselrichter und Stromabnehmer in Zukunft besser können? Wie schon gesagt: Sie müssen von externen Systemdienstleistungen unabhängig und in der Lage sein, selber Netze zu bilden, das heißt, sich automatisch synchronisieren. Wechselrichter beispielsweise haben heute eine ganz andere Charakteristik.Eine andere Problematik lässt sich amBeispiel des Deichbaus veranschaulichen. Deiche sind keine Wände, sondern sie bauen durch ihre Form die Kraft der Wellen ab. Ein Wechselrichter hingegen reagiert wie eine Wand. Wenn eine Netzstörung in einem bestimmten Frequenzbereich auf ihn trifft,wird sie an dieser Wand reflektiert. Das passiert tausendfach, und so entstehen vielfältige Rückkopplungen im Netz, die sich in kritischer Weise aufschaukeln können. Würden diese Wellen hingegen vom Wechselrichter aufgenommen und gedämpft, gäbe esdiese Reflexion und die damit verbundenen Folgen nicht. Doch bislang haben wir nur Mauern gebaut. Wie reagieren die Netzbetreiber auf diese Probleme? Netzbetreiber setzen sich inder Regel nicht mit diesen speziellen Risiken auseinander. ImStörfall versucht man ganz klassisch –etwa per Flickermeter –Störungsvorgänge zu analysieren, meist ohne wirkliche Erkenntnisse zu gewinnen. Im Tagesgeschäft reagiert man darauf häufig, indem man zum Beispiel Geräte austauscht und hofft, dass damit alles in Ordnung ist. Die Erfahrungen der Vergangenheit haben das zugelassen. 8 BWK Bd. 66 (2014) Nr. 4

Stromnetze Bild 4 Darstellung von Rückwirkungen in einem Netz durch Kundenanlagen. Wo liegen die Probleme inerster Linie? Im Hoch- und Höchstspannungsnetz oder im Mittel- und Niederspannungsnetz? Für alle Spannungsebenen gilt: Da zum Teil niederfrequente Wechselwirkungen auftreten, werden häufig Wandler aufmagnetisiert. Eine typische Folge sind dann Kippschwingungen von Wandlern. Im Mittelspannungsnetz sind vielfältige Beobachtungen zu machen: Beispielsweise Wechselwirkungen von Biomasseanlagen mit leistungselektronischen Anlagen von Kunden wie Rechnern und Büroelektronik –was übrigens auch im Niederspannungsnetz auftritt. Es sind Überlagerungen von Frequenzanteilen zu beobachten, die den Verlauf der Spannungen und Ströme verzerren und sich zum Teil im Betrag erheblich überlagern, also unzulässige Werte erreichen. ZwischenAnlagen treten Wechselwirkungen auf, was die Anlagenregler beeinflusst und zu weiterenWechselwirkungen führt. Häufig schwingen solche Netze auf, bis ein Schutz eingreift und Anlagen von Netz getrennt werden. Wir kennen aber auch Störfälle, in denen der Schutzmechanismus nicht reagiert und Mensch sowie Anlagen gefährdet, und zwar immer dann, wenn das Schutzkriterium auf der Basis des Impedanzbegriffes aufgebaut ist. Zum Teil ist es nicht möglich, zum Beispiel Ersatzstromanlagen in bestimmten Betriebszuständen mit dem Netz zusynchronisieren. Im Niederspannungsnetz sind überwiegend Wechselwirkungen zwi- schenAnlagen mit Solarwechselrichtern zu beobachten. Wechselrichter erreichen dabei Grenzwerte,schalten sich ab, resynchronisieren sich nach einer Latenzzeit – und der Spaß beginnt von vorn. „Produktionsanlagen beeinflussen sich gegenseitig über die Netze“ Auf industrieller Seite ist besonders interessant, dass eine Vielzahl von Wechselwirkungen innerhalb der Produktionsbetriebe entsteht, die häufig in das Netz zurückwirken. Früher waren „ Neue Anforderungen? Mit Schleupen sind wir seit über 30 Jahren auf alles gut vorbereitet. Überzeugend. Wolfgang Bühring Geschäftsführer Stadtwerke Speyer GmbH “ SCHLEUPEN AG Albert-Einstein-Straße 7 31515 Wunstorf Telefon 05031_9631-3511

Ausgabenübersicht