Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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07.08.2018, Wolf von Fabeck:

Umdenken bei der Stromversorgung 2

Der Umstieg auf Solar- und Windenergie darf nicht auf Kosten der Versorgungssicherheit gehen

Der erste Beitrag zum Thema "Umdenken bei der Stromversorgung 1" befasste sich kritisch mit der Frage, ob man gewinnorientierte Konzerne mit der Versorgungssicherheit für die Bevölkerung betrauen sollte und ob der Zusammenschluss der nationalen Stromnetze zu einem gigantischen Europäischen Verbund (EV) die Versorgungssicherheit beeinträchtigt. Der hier folgende Beitrag "Umdenken bei der Stromversorgung 2" nennt und begründet dringende Maßnahmen, die bei der Umstellung auf Solar- und Windenergie endlich ergriffen werden müssen.

Eine hohe elektrische Versorgungssicherheit ist inzwischen zur unverzichtbaren Überlebensvoraussetzung für die Bevölkerung geworden. Liest man allerdings die Vorschläge der Stromwirtschaft im Zusammenhang mit der Umstellung auf die Erneuerbaren Energien, so gewinnt man den Eindruck, als nähmen die zuständigen Manager weder den Schutz der Bevölkerung vor dem Klimawandel noch vor einem denkbaren Zusammenbruch der Stromversorgung ganz ernst. Als Umweltschutz- und als Energiewende-Verein, fühlen wir uns hier gleich doppelt angesprochen.

Insbesondere sind wir entsetzt über die großzügigen Haftungsbeschränkungen zugunsten der Netzbetreiber in § 6 der AVBEltV.

Worum wird es im Folgenden gehen:

Blackouts ausschließlich als vorgeschobenes Argument gegen die Energiewende

Wie häufig im Leben ist Unkenntnis der Gefahren der Hauptgrund für die Vernachlässigung der Sicherheit. In der bekannten Ballade von Gustav Schwab, "Der Reiter und der Bodensee" stirbt der Reiter sogar vor Entsetzen, als er erfährt, dass er unwissentlich quer über den zugefrorenen Bodensee geritten ist. Ganz so empfindsam sind die Manager der großen Stromkonzerne leider nicht.

Die Gefahr eines Blackouts wird von den Strom-Managern allenfalls als Argument gegen Sonnen- und Windenergie ins Feld geführt, obwohl gerade die Sonnen- und Wind-Energie - natürlich im Zusammenwirken mit Speichern, insbesondere mit Langzeitspeichern - die einzige realistische Abwehrstrategie gegen den galoppierenden Klimawandel darstellen. Seit der Klimakonferenz Dezember 2015 in Paris ist das weltweit akzeptiert. Dass ihr Konzern bei weiterer Verzögerung der Umstellung auf Solar- und Windenergie in Anbetracht der aufflammenden Waldbrände buchstäblich selbst mit dem Feuer spielt, ist diesen Managern aber anscheinend immer noch nicht bewusst.

Und damit sind wir wieder mitten im Thema, bei der Gefahr eines großräumigen langdauernden Zusammenbruchs der Stromversorgung und beim "Kollaps der gesamten Gesellschaft" und dem "fehlenden diesbezüglichen gesellschaftlichen Risikobewusstsein". Es handelt sich hier um wörtliche Zitate aus einer Studie des wissenschaftlichen Büros für Abschätzung von Technikfolgen beim Bundestag (TAB).

Europas Verletzlichkeit bei Stromausfällen hat seit dem Erscheinen der TAB-Studie im Jahr 2010 wegen der fortgeschrittenen Elektrifizierung aller Lebensbereiche weiter zugenommen. Das gesamte Informationswesen wird inzwischen elektrisch bzw. elektronisch betrieben. Ein Stromausfall würde die Nervenbahnen des aufgeblähten Organismus lähmen wie ein Nervengift. Dringende Warnungen könnten nicht mehr weitergegeben, Abwehrmaßnahmen könnten nicht mehr koordiniert, Hilfe nicht mehr angefordert werden.

Gewinnstreben sowie Haftungsbeschränkung zu Gunsten der Netzbetreiber statt Zukunftsvorsorge - Das Grundübel

Die Gefährdung der Versorgungssicherheit erklärt sich letztlich aus dem Gewinnstreben der agierenden Konzerne. die die Wirtschaft und die Bevölkerung mit Strom versorgen. Einerseits ist es ihre Aufgabe, jede Stromnachfrage umgehend zu befriedigen. Andererseits möchten sie jede zusätzliche Sicherheitsanstrengung vermeiden. "In einem Stromversorgungssystem muss zu jedem Zeitpunkt so viel elektrische Leistung bereitgestellt werden, wie von den Verbrauchern zum gleichen Augenblick verbraucht wird", so formuliert ein Lehrsatz. Er gilt für Millisekunden bis für mehrere Stunden. Falls diese Gleichheit nicht exakt erreichbar ist, verlassen sich die Organisatoren in den ersten Sekunden auf die Trägheit ("Momentanreserve") der verschiedenen Stromerzeuger und Verbrauchsmaschinen und für den Fall, dass die Anpassung der Erzeuger an die Verbraucher etwas länger dauert, halten sie Primär- oder Sekundär- oder gar Tertiär-Regelleistung bereit. Man könnte sich das wie ein Reparaturset, sozusagen als Not-Verbandskästchen vorstellen. Das Verbandskästchen ist allerdings sehr spärlich befüllt und darin liegt der eigentliche Skandal. Nur eine Primär-Regelleistung von 3 GW ist für Routine-Reparaturfälle vorgesehen - weniger als ein Prozent der Spitzenlast im Europäischen Verbundnetz. Viel zu wenig! Eine sträfliche Leichtfertigkeit! Über die unzureichende Menge der darüber hinaus vertraglich bereitgehaltenen Sekundär-, Tertiär- und Quartär-Regelleistung im Reparaturset müssen wir hier gar nicht weiter diskutieren.

Warum brauchen wir Langzeitspeicher?

Langzeitspeicher waren in der fossilen Stromversorgung eine Selbstverständlichkeit, über die nicht einmal diskutiert wurde. Jedes Fossilkraftwerk hat seinen Kohlebunker. Bei den Braunkohlekraftwerken befindet sich die Braunkohlegrube zumeist gleich nebenan. Und Gaskraftwerke können über die Erdgasleitungen nahezu beliebig viel Erdgas aus den großen unterirdischen Erdgasspeichern abrufen.
Aus all diesen Speichern konnten die Fossilkraftwerke immer ziemlich genau die Menge an Energie abrufen, die sie brauchten, um die Wünsche ihrer Stromkunden zu erfüllen und um das Gleichgewicht zwischen Leistungsverbrauch und Leistungslieferung herzustellen. Die Feinabstimmung wurde dann endlich mit Hilfe der Pumpspeicherkraftwerke (PSK) vorgenommen.

Die beeindruckende bauliche Größe von Pumpspeicherkraftwerken verführt elektrotechnische Laien leicht zu dem Irrtum, dass es sich bei den PSK um ideale Langzeitspeicher handeln müsse. Dies ist leider überhaupt nicht der Fall. Die PSK sind bewährt, sind zuverlässig, haben eine hohe Lebensdauer und haben einen guten Wirkungsgrad. ABER sie haben nur eine sehr geringe Kapazität. Schon nach wenigen Stunden Betrieb mit Nennleistung sind sie leer. Alle 30 PSK Deutschlands können nur so viel Strom speichern, dass sie die gesamte deutsche Stromversorgung nur für knapp eine Stunde aufrecht erhalten könnten.

Wenn es den Klimawandel nicht gäbe und wenn die Kohlevorkommen unendlich wären und wenn das Stromnetz noch auf das Staatsgebiet des ehemaligen deutschen Reichs beschränkt geblieben wäre und wenn es keine Terroristen gäbe, hätte man die Stromversorgung wie gehabt problemlos fortsetzen können.

Anfang dieses Jahrhunderts kamen jedoch die fluktuierenden Energien Wind- und Solarenergie dazu. Ihr Leistungsangebot wechselt von Null bis zur installierten Höchstleistung und ist - abgesehen vom Tag-Nacht-Wechsel der Solarenergie - nur kurzfristig vorhersehbar.

Bei einer Klimapressekonferenz des Deutschen Wetterdienstes (DWD) am 6. März 2018 in Berlin hielt der Vizepräsident des DWD, Dr. Ludwig Becker eine Rede zum Thema: Deutscher Wetterdienst analysiert wetterbedingte Ertragsausfälle erneuerbarer Energien.
Wichtigste Feststellung war seine Aussage, dass eine Kombination von Windkraft, Photovoltaik und Offshore-Anlagen sinnvoll sei. Seine Rede endete jedoch mit dem nachdenklichen Satz: "Aus meteorologischer Sicht spricht also nichts gegen einen weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland und Europa. Da das Wetter aber macht was es will, können wir niemals ausschließen, dass eine extreme Windflaute zusammen mit einer sonnenarmen Phase über Europa auftritt. Eine verantwortungsvolle Energiepolitik muss sich deshalb nicht nur um den Ausbau von Windkraft und Photovoltaik kümmern, sondern zugleich für ausreichend Reservekapazitäten sorgen.

Aus einer von Becker verwendeten Grafik konnte man herleiten: In den letzten 20 Jahren war ganz Europa viermal über die beeindruckende Zeitdauer von zwei Tagen und zwei Nächten ohne nennenswerte Wind- und Sonnenenergie.

Die Solar- und Windanlagen brachten keine Langzeitspeicher mit und nun fehlen sie. Das Fehlen der Langzeitspeicher ist lebensgefährlich. Diese Gefahr deutlich und plausibel darzustellen, ist eine der wichtigsten Aufgaben dieses jetzt vorliegenden Beitrags.
Für den Solarenergie-Förderverein und die mit uns befreundeten Organisationen bedeutet das Thema Langzeitspeicherung seit Jahren die größte Herausforderung. Es gilt, die Bevölkerung, die Medien, die Energiepolitiker und letztlich den Gesetzgeber zu überzeugen.

Die Auskünfte der Stromwirtschaft, dass Langzeitspeicher für Wind- und Sonnenenergie ineffizient und viel zu teuer seien, treffen nur für die Anfangsphase zu. Massenproduktion würde die Verhältnisse rasch verbessern, wie die Photovoltaik vor 10 Jahren bewiesen hat.

Wozu brauchen wir Momentanreserven?

Bedenkt man, dass hierzulande jeder Stromverbraucher seine Geräte nach Belieben ein- und ausschalten kann, dann begreift man erst, wie schwierig es für die Stromerzeuger ist, immer gerade die richtige Menge elektrischer Energie zu erzeugen. Abstrahiert man, so könnte man sagen: Es geht um aktives Aufrechterhalten eines labilen Gleichgewichts unter der Erschwernis zufallsbedingter Störungen: Die Angelegenheit ist so sicher wie der Tanz eines gut trainierten Seiltänzers auf einem ungesicherten Hochseil bei stürmischem Wetter.

Haben Sie einmal einen senkrecht stehenden Zeigestab auf der Fingerspitze balanciert? Das geht noch gerade. Aber versuchen Sie einmal, einen senkrecht stehenden Bleistift auf dem Zeigefinger zu balancieren. Wetten, dass Ihre Reaktionen dafür nicht schnell genug sind! Es kommt beim Balancieren auf schnelle Reaktionen an.

Gehen wir einmal von einem zukünftigen Stromnetz - im Wesentlichen auf der Grundlage von Wind- und Solarstrom und einer großen Zahl von Langzeitspeichern aus. Erzeugungs- und Verbrauchsleistungen stehen in etwa im Gleichgewicht. Und nun endet gerade bei der Fußball-WM die erste Halbzeit. In vielen Millionen von Haushalten werden gleichzeitig die Toilettenbeleuchtungen eingeschaltet und die Kühlschranktüren geöffnet und der Stromverbrauch geht schlagartig in die Höhe.

Langzeitspeicher müssen das ausgleichen. Sie können elektrische Leistung aufnehmen oder abgeben, d.h. sie lassen sich vom Einspeichern auf Ausspeichern umschalten und sie lassen sich in ihrer Leistung ändern. Je nach Bauart ist dafür eine gewisse Reaktionszeit notwendig. Die fehlt in solch einem weltbewegenden Augenblick meistens. Das altbekannte Problem beim Balancieren! Die richtige Reaktion muss schnell und praktisch voll-automatisch kommen.
Es geht also um Zeitgewinn. Sieht man das Problem aus energetischer Sicht, so kommt es darauf an, in den ersten Sekundenbruchteilen einen plötzlichen Mangel an elektrischer Leistung irgend woher zu ergänzen. Dazu boten sich früher die Schwungmassen der rotierenden Synchrongeneratoren in den Wärmekraftwerken alter Art an.
Synchrongeneratoren sind Maschinen, in denen sich ein 'Polrad' bzw. 'Läufer' bestehend aus einem oder mehrere Permanentmagneten so dreht, dass die Magnetpole ganz dicht (aber ohne sie zu berühren) an mehreren Drahtspulen vorbeistreifen, die im 'Stator' ringförmig befestigt und mit dem Stromnetz leitend verbunden sind. Jeder Permanentmagnet hat je einen Nord- und einen Südpol. Wenn der Läufer aus drei Permanentmagneten besteht, dann hat er also drei Nord- und drei Südpole. Im Stator stehen diesen Polen drei Spulenpaare gegenüber. Diese 'Synchronmaschine' kann entweder als Stromerzeuger ('Generator') laufen oder als 'Elektromotor' oder einfach nur so, ohne Strom zu erzeugen oder zu verbrauchen, aber voller Bereitschaft, im Falle eines Falles ihre Mitwirkung rasch anbieten zu können. .

Funktionsweise Um die Funktionsweise einfach erklären zu können, gehen wir von einer stark vereinfachten Synchronmaschine aus, in der sich nur ein einziger Permanentmagnet dreht, dessen Nord- und Südpol abwechseln an einer einzigen Spule vorbeistreift. Diese vereinfachte Maschine wäre sogar funktionsfähig. Sie hätte allerdings den Nachteil, dass ihre Drehrichtung zufallsbestimmt ist und sie nur ein geringes Drehmoment entwickelt.

  • Generatorbetrieb: Wenn abwechselnd der Nord- und der Südpol des Läufers an der Spule vorbeigeführt wird, entsteht in der Spule eine Wechselspannung
  • Motorbetrieb: Wenn durch die Spule ein Wechselstrom fließt, entsteht an der Seite der Spule, die dem Läufer zugewendet ist abwechselnd ein Nord- und ein Südpol. Gleichnamige Pole stoßen einander ab. Ungleichnamige Pole ziehen einander an. Während der Nordpol des Permanenmagneten sich der Spule nähert, weist diese Spule einen Südpol auf. In dem Moment aber, wenn der Nordpol des Permanentmagneten dem Südpol der Spule gegenübersteht, wechselt die Spule ihre Magnetisierung. Jetzt baut sich dort ein Nordpol auf, der den Nordpol des Permanenten von sich wegdrückt. (gleichnamige Pole stoßen sich ab).

Wenn dieses Maschinchen an Wechselstrom mit 50 Hz angeschlossen würde und wenn man es so schnell anwirft, dass 50 mal pro Sekunde der Nordpol des Magneten an der Spule vorbeikommt, dann würde es diese Drehzahl beibehalten.

Und nun kommt das Ende der ersten Halbzeit bei der WM und es fehlt plötzlich elektrische Leistung im Verbundnetz. Die Synchrongeneratoren müssten von den Dampfturbinen sofort stärker angetrieben werden, doch das lässt auf sich warten. Sie lassen also mit der Drehzahl nach. Dabei vermindert sich ihre mechanische Energie - und wohin geht die? Diese (die sogenannte 'Momentanreserve') wird in elektrische Energie umgewandelt. Zwar nehmen die Drehzahl und die Frequenz ab, aber die Abnahme geschieht nicht gar so schnell, als wenn es die Momentanreserve nicht gegeben hätte.

Und nun der Blick in die Zukunft: Die großen Synchrongeneratoren werden mit den Wärmekraftwerken stillgelegt werden. Wir weinen ihnen keine Träne nach, nur Ihre Momentanreserve würden wir gerne behalten. Den großen Synchrongenerator von Biblis A hat man von der Antriebsturbine getrennt und eine Anfahrhilfe montiert, die ihn auf die Nenndrehzahl von 1500 Umdrehungen brachte, bei der die Synchronisation mit dem 380-kV-Netz möglich wurde.

Da gäbe es jedoch auch eine gute Ersatzlösung. Auch die Windkraftanlagen haben rotierende Synchrongeneratoren und zusätzlich sogar noch ihre Rotorflügel. Je nach Windstärke drehen sich die Windkraftanlagen jeweils mit der Drehzahl, bei der sie ihren höchsten Wirkungsgrad erreichen. Der in ihrem Synchrongenerator erzeugte Drehstrom wird gleichgerichtet und dann durch Wechselrichter auf Netzfrequenz gebracht. Durch eine vollautomatisch einsetzende Änderung der Erregung in den Synchrongeneratoren könnte man diese dazu bringen, sich ein bisschen langsamer oder ein bisschen schneller zu drehen. So wandeln sie kinetische Energie in elektrische Energie um bzw. umgekehrt und damit wird dem Stromnetz vorübergehend elektrische Energie zugeführt bzw. genommen. Das Leistungsgleichgewicht wird wieder hergestellt. Im weiteren Verlauf des Vorganges wird fehlende elektrische Energie aus den Langzeitspeichern zugeführt oder überschüssige elektrische Energie vorübergehend in Kurzzeitspeicher aufgenommen. Und die Drehzahl der Windräder wird dann nach einigen Minuten wieder langsam auf den optimalen Wert zurückgeführt.

Der SFV fordert, dass alle größeren Windräder diese Fähigkeit erhalten, weil in einem zukünftigen Stromversorgungssystem die großen Synchrongeneratoren der Wärmekraftwerke wegfallen und keine Momentanreserve mehr darstellen können.

Auch aufladbare Batterien können "Momentanreserve" liefern. Sie benötigen dazu eine elektronische Schaltung, die reaktionsschnell auf Frequenzänderungen reagiert. Wenn die Frequenz zunimmt, nein sogar schon früher, wenn die Dauer zweier Halbwellen (zwischen vier Nulldurchgängen) sich nur geringfügig verkürzt, ist das ein Zeichen dafür, dass zu viel elektrische Leistung im Netz ist. Die aufladbare Batterie erhält dann den unbedingten Befehl zum Aufladen. Sie nimmt kurzfristig überschüssige Leistung aus dem Netz und gewinnt damit Zeit für die notwendigen Ausgleichmaßnahmen.

Wichtig ist, dass die Lieferung der Momentanreserve nicht auf eine digitale Anweisung des Netzbetreibers (oder eines terroristischen Hackers) ausgelöst wird, sondern voll automatisch erfolgt.

Warum ist der Split, die Aufspaltung eines Versorgungsgebietes gefährlich? Wie kann man sich darauf vorbereiten?


Am 4.11.2006 um 22:10 wurde eine bei Papenburg über die Ems führende Höchstspannungsleitung spannungslos geschaltet, damit ein großes Schiff von der Meyer-Werft gefahrlos unter der Leitung hindurchfahren konnte. Durch diesen Schaltvorgang wurde das Europäische UCTE-Netz( in dem bis zu diesem Zeitpunkt ein Gleichgewicht zwischen Erzeugungs- und Verbrauchsleistung herrschte), in zwei Teile aufgespalten. Das Europäische Verbundnetz zerfiel in einen nordöstlichen Teil mit Leistungsüberschuss und einen südwestlichen Teil mit Leistungsdefizit. Sofort stieg die Frequenz im Nordosten an und im Südwesten sank sie ab. Ein Zusammenkoppeln war deshalb nicht mehr möglich. Erst nach mehreren Stunden wurden die beiden Netzteile wieder miteinander vereinigt.

Im hier angedeuteten Fall war es eine Fehlschaltung, die zum Auseinanderfallen des UCTE-Netzgebietes führte. Es gibt auch andere mögliche Ursachen, Extremwetter, Sabotage, große Unfälle...

Wichtig ist eine Erkenntnis: Wenn ein großes Verbundnetz, bei dem Erzeugungsleistung und Verbrauchsleistung im Gleichgewicht stehen, plötzlich durch einen Unfall oder eine Fehlschaltung in zwei Verbundnetze aufgeteilt würde, dann wäre es ein großer Glücksfall, wenn in jedem der beiden neu entstehenden Teilnetze die jeweilige Erzeugungsleistung mit der jeweiligen Verbrauchsleistung im Gleichgewicht stünde.
Wenn es um Sicherheit geht, darf man nicht auf Glück hoffen, sondern muss eine Worst-Case Untersuchung durchgeführt werden.

Wenn die Netzbetreiber sich auf einen solchen Fall vorbereiten wollen, dann sollten sie die Momentanreserven, und die Regelenergien in ihrem "Reparaturset " mindestens verdoppeln.

Noch eine weitere Lehre ist aus diesen Überlegungen zu ziehen: Die Netzstabilität würde durch einen Split am wenigsten beeinträchtigt, wenn alle Regionen des ursprünglichen großen Netzgebietes möglichst eine kleinteilige und ähnliche Durchmischung von ähnlichen Erzeugungs-, Verbrauchs- und Speicheranlagen aufweisen. Zu vermeiden wären mächtige Fernleitungen, die ausschließlich nur Erzeugunggsleistung heranführen, z.B. Offshore-Windleistung mit dem Verbundnetz verknüpfen. Der plötzliche Ausfall einer solchen Offshore Leitung während einer Starkwindphase könnte das Netzgleichgewicht des Verbundnetzes durchaus erschüttern.
Treibt man die Überlegung einer gleichmäßigen Durchmischung weiter, so kommt man zu dem Schluss, dass die Versorgungssicherheit erheblich erhöht werden kann, wenn das Verbundnetz im Fall einer Krise in lokale Teilnetze zerfallen kann, die je für sich autark reagieren und von unten her das große Verbundnetz stabilisieren können. Wabenförmige autarkiefähige regionale Zellen erhöhen die Sicherheit.

Dies alles spricht für Dezentralisierung

Frequenzpendelungen im Übertragungsnetz, warum sind sie gefährlich, wie lassen sie sich verhindern

Leistungsübertragung über lange Übertragungsleitungen mit Hilfe von Drehstrom 50 Hertz ist Stand der Technik. Die längsten Strecken die im Europäischen Verbund vorkommen, reichen von Portugal über Frankreich bis nach Griechenland, zeitweilig sogar bis in die Türkei. Es handelt sich um Höchstspannungsleitungen mit 380.000 Volt oder 220.000 Volt.

Bereits in dem vorangegangenen Beitrag, haben wir darauf hingewiesen, dass es kein technisch zwingendes Argument dafür gibt, große Übertragungsnetze zu noch größeren Übertragungsnetzen zusammen zu fügen.
Es scheint trotzdem so, dass sich die Ideologie eines im freien Handel vereinigten Europas gegen jede physikalische Vernunft durchsetzt. Europa ist nach dieser Ideologie erst dann richtig vereint, wenn die Kaufleute machen können, was ihnen beliebt - also auch elektrische Energie von Portugal in die Türkei verkaufen. Nicht die sichere Versorgung der Bevölkerung mit elektrischern Energie, sondern der freie, einheitliche Strommarkt wird als höchstes Ziel angesehen. Eberhard Waffenschmidt: spottete bereits : "Wir brauchen einen Gerichtshof für Naturgesetze."

Aber was könnte denn passieren?

Nun, wenn das Fernübertragungsnetz zum Ferntransport von elektrischer Energie ertüchtigt wird, dann können Energiemengen die unabsichtlich an einem Ende hineingeraten sind, bis zum anderen Ende kommen und wenn sie dort nicht in Empfang genommen werden (vielleicht weil man sie dort gar nicht braucht) dann laufen sie wieder zurück. Die Zeit für einen Hin und Rücklauf von Portugal nach Griechenland liegt in der Größenordnung von 2 Minuten. Das hat man bereits durch Messungen festgestellt.
Wo sich jeweils die unbeabsichtigt gestartete Energie bei ihrem Hin und Her in den Übertragungsleitungen befindet, erkennt man daran, dass jeweils dort die Netzfrequenz ganz kurz vorübergehend etwas erhöht ist. Die Frequenz steigt kurzzeitig etwas über den Mittelwert von 50 Hz an, um direkt darauf etwas unter den Mittelwert abzusinken. Es wird berichtet, dass dieses Hin- und Her-Eilen von alleine nicht abklingt. Erst in den kurzen Augenblicken, in denen die 'Energie-Pakete' gerade vorbei sausen, könnte man sie gezielt abgreifen und dadurch könnte man sie auch dämpfen. Eine geringe Menge von Kurzzeitspeichern mit einer automatisch reagierenden Elektronik könnte das bewerkstelligen. Das könnte sogar vom Niederspannungsnetz aus (also mit Haushaltsgeräten erfolgen).


Worin besteht nun die Gefahr, die von solcher Frequenzpendelung (bisweilen auch 'Netzpendelung' genannt) ausgeht?
Versetzen wir uns dazu in die Maschinenhalle eines Großkraftwerks. Dort finden wir den Synchrongenerator. Den Synchrongenerator kann man sich wie eine riesige fest montierte liegende Konservendose ('Ständer') vorstellen, in der sich eine sehr dicke Wurst ('Rotor' oder 'Läufer') um ihre Längsachse dreht.
An der Innenseite des Gehäuses ('Ständers') sind eine große Zahl von Magnetspulen befestigt, deren Spulen-Enden (die Magnetpole) in das Innere des Ständers weisen. Die Magnetspulen des Ständers sind mit der Höchstspannungsleitung so verbunden, dass sich ein umlaufendes Magnetfeld ('Drehfeld') bildet.

Der Rotor ist mit einer großen Zahl von Permanentmagneten bzw. Elektromagneten bestückt, die ihre magnetischen Pole nach außen, den Magnetpolen der Ständerwicklung zuwenden.

Wenn nun die lokale Frequenz des Übertragungsnetzes plötzlich zunimmt, dreht sich das Drehfeld exakt entsprechend schneller. (Das Drehfeld ist masselos und hat deshalb keine Trägheit, die eine schnelle Drehbeschleunigung abbremsen würde.) Der Rotor, der vom Drehfeld des Ständers angetrieben wird, müsste dementsprechend seine Drehzahl genau so schnell beschleunigen. Sein Massenträgheitsmoment wehrt sich jedoch gegen diese Drehbeschleunigung mit einem ungeheuren Bremsmoment. Dieses Bremsmoment müssen die Wicklungen der Elektromagnete am Ständer abstützen und der Ständer muss sich seinerseits an seinem Fundament abstützen. Die gesamte Konstruktion wird mechanisch auf das äußerste belastet.

Noch schlimmer würde die mechanische Belastung werden, wenn das Drehfeld den trägen Rotor sogar noch überholt, so dass es den Läufer plötzlich nicht mehr im ursprünglichen Drehsinn zu beschleunigen sucht, sondern ihn plötzlich in umgekehrter Richtung rabiat abbremst. Diese plötzliche Umkehr des Drehmoments könnte möglicherweise den Ständer aus seiner Verankerung reißen oder sonstige schwere Schäden hervorrufen.

Methanol als Energiespeicher, als Kohlenstofflieferant, als Klimagas-Endlager

Bereits 1999 haben Dr. Michael Specht et al unter der Überschrift CO2-Recycling zur Herstellung von Methanol Endbericht Juli 2000 im Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Stuttgart in der Praxis ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen aus atmosphärischem CO2 erfolgreich mit Hilfe von Sonnenenergie vorgeführt. Genauer gesagt, handelt es sich um die Herstellung von Methanol. Methanol kann dezentral sicher gelagert werden und kann dann zu drei verschiedenen Verwendungszwecken genutzt werden.

  • Zum Zweck der Langzeitspeicherung muss eine ausreichende Methanolmenge bereitgehalten werden, die durch Brennstoffzellen oder motorisch angetriebene Stromgeneratoren eine mehrwöchige Wind- und Solarschwäche überbrücken kann.
  • Der chemischen Industrie wird Methanol als Kohlenstofflieferant (Ersatz für Erdöl oder Erdgas) angeboten.
  • Auch die Fossil-Energien haben ein Endlagerproblem! Die Menschheit muss aus Klimaschutzgründen CO2 aus der Atmosphäre zurückholen und es sicher verwahren. Eine technische Möglichkeit besteht in der Erzeugung und dezentralen Einlagerung großer Methanolmengen.

Die Aufgaben sind damit definiert. Wer sie durchführen soll und wie die Anreize bzw. die gesetzlichen Verpflichtungen dazu aussehen werden, bedarf noch gründlicher Überlegung.

Die Forderung, das fortlaufend so viel CO2 wie nur möglich aus der Atmosphäre zurückgeholt und sicher verwahrt werden soll wird bald dazu führen, dass bald erheblich mehr Methanol eingelagert ist, als für die Zwecke der Langzeitspeicherung (Überbrückung der Wind- und Solarschwäche) sein wird. So erhöhen wir gleichzeitig die Sicherheit gegenüber einem Totalblackout.

Vorgeschobene Argumente der Stromwirtschaft gegen Langzeitspeicherung von Wind- und Solarenergie

Wind- und Sonnenenergie passen sich dem Strombedarf nicht an. Langzeitspeicherung von Solar- und Windstrom wird von den Energiekonzernen jedoch abgelehnt. Sie wird unter dem Vorwand vermieden, die auftretenden Energieverluste seien nicht tragbar oder zu teuer. Sogar der Begriff "Langzeitspeicherung" wird in der öffentlichen Diskussion regelrecht "totgeschwiegen". Kommt die Rede darauf, dann beginnt sofort ein pseudowissenschaftliches Hütchenspiel:

  • Zuerst wird ein Oberbegriff für Stromspeicher und Fernübertragungsleitungen und Erzeugungsmanagement und Verbrauchsmanagement gebildet. Dieser Oberbegriff heißt "Flexibilität".
  • Dann wird Flexibilität gefordert.
  • Schließlich wird mit dem Kostenargument die angeblich billigste Flexibilität herausgesucht, nämlich Flexibilität durch zusätzliche Fernübertragungsleitungen.

Und die Fernübertragungsleitungen müssen dann gebaut werden, obwohl Stromleitungen die elektrische Leistung nur örtlich, nicht aber zeitlich verschieben können. Was soll man mit Fernübertragungsleitungen anfangen, wenn es weder in Nord- noch in Süddeutschland genügend Strom aus Sonne und Wind gibt? Oder was soll man mit den Fernübertragungsleitungen anfangen, wenn es sowohl im Norden als auch im Süden zu viel Solar- oder Windstrom gibt?

Teure Studien widmen sich insbesondere dem 'Demand Side Management (DSM)'. Und begeistert werden die Erfolge der einstigen Nachtspeicherheizungsstromverbilligung gepriesen, wobei aber der entscheidende Unterschied verschwiegen wird: Die Nachtspeicherverbilligung gab es regelmäßig nachts und man konnte sich zeitlich darauf einstellen. Das ganze Jahr über musste niemand daran denken Verteuerungen zum Demand Side Management kämen aber gerade nicht regelmäßig, sondern dann, wenn Sonne- und Wind schwächeln. Und wie stellen sich die DSM-Vertreter eine längere Dunkelflaute im kalten Winter vor. Soll dann die ganze Nation eine oder zwei Wochen lang im Bett bleiben - und nicht einmal das Fernsehen darf genutzt werden?

Die Interessenvertreter der konventionellen Energieversorgung preisen statt dessen die in Sicherheitsreserve versetzten Fossilkraftwerke an. Diese müssen bei einem Stromengpass innerhalb von zehn Tagen wieder betriebsbereit sein. So z.B. das Braunkohlekraftwerk Buschhaus.
Zu fragen ist, bei welcher Art von Stromengpass das Kraftwerk Buschhaus eigentlich einspringen soll. Immerhin benötigt es elf Tage nach Alarmierung, ehe es wieder volle Leistung bringen kann. Ein Blackout dieser Länge gehört jedoch zu den Ereignissen vor denen die oben erwähnte TAB-Studie mit starken Worten warnt.
Möglicherweise möchte die konventionelle Stromwirtschaft auf diesem Weg den Umstieg auf die Erneuerbaren Energien völlig blockieren. Fossilkraftwerke würden dann zur Dauerlösung und ihre Betreiber können weiterhin Geld mit ihnen verdienen.

Sicherheit gegen technische Ausfälle - Das ( n - 1) - Kriterium muss qualitativ neu bewertet werden

Das (n - 1) - Kriterium besagt, dass für jeden wichtigen Aufgabenbereich mindestens eine Ersatzlösung vorbereitet sein muss, die vollautomatisch bereitstehen muss, und die geforderte Aufgabe notfalls auch alleine übernehmen kann. Solche Kriterien gibt es nicht nur in der Stromwirtschaft. Die meisten unserer Leser kennen sich eher mit der Automobiltechnik aus. Deshalb zwei Beispiele aus diesem Bereich: Wenn beim Auto die Fußbremse versagt, muss das Auto auch mit der Handbremse angehalten werden können. Wenn der rechte Scheinwerfer versagt, muss auch der linke Scheinwerfer noch die Fahrbahn ausleuchten. Zweck dieser Regelung ist, dass man nach dem Auftreten eines solchen Schadens noch eine Werkstatt erreichen kann. Sie ist nicht dafür gedacht, dass man mit einem Scheinwerfer weiterfährt. Wenn ein solcher Schaden auftritt, muss er natürlich umgehend repariert werden.

In der Stromwirtschaft wird das sogenannte (n - 1) - Kriterium als Garant für strukturelle Sicherheit angesehen.

Absolute Sicherheit bietet das n-1 Kriterium jedoch nicht. Immerhin kann es geschehen, dass bereits vor der Reparatur des ersten Schadens im selben Aufgabenbereich bereits ein weiterer Schaden eintritt - auch der zweite Scheinwerfer kann kurz nach dem ersten Scheinwerfer durchbrennen.

Zu bedenken ist auch, dass die als Ersatzlösung vorgesehene zweite Lösung qualitativ weniger wirksam ist. Einen LKW mit der Handbremse anzuhalten ist ein Abenteuer mit ungewissem Ausgang.

Das ( n-1) - Verfahren hilft natürlich auch nicht bei Ausfällen, an die man vorher nicht gedacht hat. Wenn z.B. die Lenkradsperre während der Fahrt einrastet, kann es zu schwersten Unfällen und Zerstörung des Gesamtsystems kommen.

Das europäische Verbundnetz ist erheblich komplexer als ein Auto! Es wäre glatte Hybris, wenn man überzeugt ist, im europäischen Verbundnetz alle Eventualitäten von vornherein überblicken zu können und für jeden Ausfall eine Ersatzlösung vorzuhalten.

Noch ein weitere Einschränkung ist zu bedenken.

Möglicherweise ist ein und die selbe Ersatzlösung dafür vorgesehen als Alternative bei zwei verschiedenen Ausfällen einzuspringen.

Vor wenigen Wochen (am 17.Mai 2018) wurde das Ergebnis einer Studie der TU Dresden veröffentlicht, die unter dem Stichwort "kaskadierende Ausfälle" aufzeigt, wie sich im spanischen, britischen oder französischen Stromnetz die Überlastung einzelner Stromnetzmaschen auf andere Stromnetzmaschen auswirken würde und dass es zu einem gefährlichen Aufschaukeln von Ausfällen kommen kann, obwohl bei der ursprünglichen Auslegung des Netzes das sogenannte n-1 Kriterium durchaus eingehalten wurde.
So zeigte das Simulationsprogramm der TU Dresden bei unglücklichen Kombinationen von Zufallsschäden eine kaskadenartige Zunahme versagender Netzmaschen an.
Dazu zwei Zitate aus dieser Studie:

"Solche ungünstigen Kettenreaktionen können sich bereits durch das Abschalten einer einzigen Leitung im Netz aufbauen. In einem fortgeschrittenen Stadium entsteht dann eine schnelle Dynamik, die u.a. auf den automatischen Abschaltvorrichtungen basiert, welche eigentlich der Sicherheit des Netzes dienen sollen."
"Oft zeigt die umfassendere dynamische Sichtweise, dass das Netz komplett instabil werden kann, auch wenn der statische Ansatz noch Stabilität vorhersagt."

Diese Studie kommt noch zu relativ günstigen Ergebnissen. Es ist zu befürchten, dass in der Realität unter ungünstigen Umständen noch mehr kaskadenartig zunehmende Ausfälle auftreten könnten, weil in der Realität nicht nur Netzmaschen, sondern z.B. auch Kraftwerke ausfallen können.
So zeigte das Simulationsprogramm der TU Dresden bei unglücklichen Kombinationen von Zufallsschäden eine kaskadenartige Zunahme versagender Netzmaschen an.
Dazu zwei Zitate aus dieser Studie:

"Solche ungünstigen Kettenreaktionen können sich bereits durch das Abschalten einer einzigen Leitung im Netz aufbauen. In einem fortgeschrittenen Stadium entsteht dann eine schnelle Dynamik, die u.a. auf den automatischen Abschaltvorrichtungen basiert, welche eigentlich der Sicherheit des Netzes dienen sollen."
"Oft zeigt die umfassendere dynamische Sichtweise, dass das Netz komplett instabil werden kann, auch wenn der statische Ansatz noch Stabilität vorhersagt."
Ergänzung durch den SFV:
Der weiter oben erwähnte Zerfall des UCTE-Netzes am 4.11.2006 nach Abschaltung der Höchstspannungsleitung über die Ems lässt grüßen.




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