Wie kommt der Strom in die Steckdosen?

von Jean-Marie Jacoby

Das Stromnetz, das unbekannte Wesen – Teil 1

Für den ganz nor­malen Haushalt kommt der Strom aus der Steck­dose. Wie er dort hineinkommt, ist ihm ziem­lich egal, schließlich hat er darauf auch über­haupt keinen Ein­fluß. Prob­lema­tisch wird solch­es Nicht-Wis­sen jedoch bei Umweltver­bän­den und allen, die poli­tis­che Entschei­dun­gen tre­f­fen oder bee­in­flussen. Denn physikalis­che Geset­ze gel­ten auch für jene, die sie nicht ken­nen oder nicht verstehen.

Lux­em­burg ist bis auf die Stahlin­dus­trie ein Wurm­fort­satz des deutschen Strom­net­zes, weswe­gen es für uns Bedeu­tung hat, was dort geschieht. Das deutsche Netz ste­ht allerd­ings nicht für sich allein, es ist Teil des europäis­chen Ver­bund­net­zes, das über die EU hin­aus­ge­ht und bis in die Türkei reicht. Dieses Netz funk­tion­iert mit Wech­sel­strom und ein­er ein­heitlichen Net­zfre­quenz von 50,0 Hertz (abgekürzt Hz).

Damit die Net­zfre­quenz gle­ich bleibt, muß die Menge des jew­eils abgenom­men Stroms mit der­sel­ben Menge erzeugten Stroms im sel­ben Augen­blick deck­ungs­gle­ich sein. Das ist natür­lich nur the­o­retisch möglich, in Wirk­lichkeit führt die Abnahme und Erzeu­gung zu ständi­gen kleinen Über- und Unterange­boten, wodurch die Fre­quenz nach oben oder unten auss­chlägt. Ide­al­er­weise sollte das im Rah­men von 0,15 Hz bleiben, wenn‘s über 0,2 Hz hin­aus­ge­ht, wird‘s prob­lema­tisch. Es gibt gestaffelte Regelmech­a­nis­men, die bis zur Abschal­tung von Net­zteilen gehen, um einen total­en Zusam­men­bruch zu verhindern.

Die Mes­sung der Net­zfre­quenz erfol­gt ständig und automa­tisch. Sie wird im Inter­net gezeigt an der Adresse https://www.netzfrequenzmessung.de/index.htm, wo auch der automa­tisierte Ein­satz der Menge der jew­eili­gen Primär­regelleis­tung angezeigt wird.

Um das Strom­netz aufrecht zu hal­ten, haben unter­schiedliche Arten von Kraftwerken unter­schiedliche Funk­tio­nen, die nicht aus­tauschbar sind.

Fakten sind Fakten

Das Netz baut auf den Grund­lastkraftwerken auf. Das sind Braunkohle- und Atom­kraftwerke, die ständig in ihrem opti­malen Last­punkt von 3.000 Umdrehun­gen pro Minute laufen. Jede Abwe­ichung davon, die über 12 Umdrehun­gen hin­aus­ge­ht, würde ihren Wirkungs­grad extrem ver­schlechtern und das Risiko von Schä­den an der Tur­bine schaf­fen, weshalb sowas zur automa­tis­chen Abschal­tung führt. Da diese Kraftwerke auch als Tak­t­ge­ber für alle anderen funk­tion­ieren, führt eine Abschal­tung zum Blackout.

Grund­last­fähig sind auch Bio­gas- und Wasser­laufkraftwerke insoweit sie ständig gle­ich laufen, wer­den aber zur Zeit nicht als Tak­t­ge­ber ver­wen­det, weil sie dafür nicht stark genug sind.

Wer also Braunkohle- und Atom­kraftwerke außer Betrieb set­zen will, hat ein Prob­lem zu lösen – und zwar vorher, nicht danach.

Als regel­bare Mit­tel­lastkraftwerke arbeit­en Steinkohle- und Gas-Dampf-Kraftwerke (wie die abge­baute Twin­erg-Tur­bine in Esch/Raemerich), wobei jedes Land verpflichtet ist, ständig eine gewisse Menge Rege­len­ergie vorzuhal­ten für Last­wech­sel im Netz. Die BRD etwa, an der Lux­em­burg hängt, muß selb­st dann, wenn eines der am Regel­sys­tem beteiligten Kraftwerke aus­fällt, immer noch 3.000 MW zur Ver­fü­gung stellen kön­nen. Weil diese Kraftwerke ständig am Netz sind, wenn auch nicht mit ihrer Max­i­malleis­tung, sind sie inner­halb weniger Sekun­den in der Lage, mehr oder weniger Strom einzuspeisen.

Nähert sich die Nach­frage einem kri­tis­chen Punkt der Regelfähigkeit der Mit­tel­lastkraftwerke, müssen die Spitzenkraftwerke zugeschal­tet wer­den. Es sind dies Gaskraftwerke und Pump­spe­icherkraftwerke (von denen eines in Vian­den ste­ht). Sie brauchen einige Minuten, um in Betrieb zu gehen, wonach dann die Mit­tel­lastkraftwerke die Erzeu­gung zurück­fahren kön­nen für die näch­sten Leis­tungsspitzen. Pump­spe­icherkraftwerke sind dabei beson­ders wertvoll, da sie bei Überange­bot von Strom diesen übers Pumpen abar­beit­en kön­nen – natür­lich im vorhan­de­nen Rah­men der instal­lierten Pumpleis­tung. Ist mehr über­schüs­siger Strom da und läßt sich die Erzeu­gung bei den Mit­tel­lastkraftwerken nicht schnell genug run­ter­fahren, muß der Strom blitzar­tig über die Gren­ze exportiert wer­den. Dafür müssen Net­z­be­treiber immer öfter zahlen, weswe­gen sie größtes Inter­esse daran haben, der­ar­tige Sit­u­a­tio­nen zu vermeiden.

Wie wir sehen soll beim Ausstieg aus fos­silen Energiequellen das Grundgerüst, auf dem das Strom­netz heute ste­ht, abgeris­sen wer­den. Dafür sollen Öko-Kraftwerke auf Basis der erneuer­baren Quellen Sonne, Wind, Bio­gas und Wass­er ver­stärkt wer­den. Allerd­ings hat das bei den grund­last­fähi­gen Bio­gas- und Wasser­laufkraftwerken enge Gren­zen: viel mehr geht da in den wenig­sten Län­dern. Wind­tur­binen und Pho­to­voltaik sind aber von Wet­ter und Tageszeit abhängig. Das bringt dem­nach nicht weniger, son­dern mehr Schwankun­gen im Netz.

Da die Wech­sel­richter, mit dem Wind­tur­binen und Pho­to­voltaikan­la­gen ihren Strom ins Netz ein­speisen, den aktuellen Fre­quen­zw­ert abfra­gen und mit exakt dem ein­speisen, schafft das bei sink­enden Werten Zusatzarbeit für die Mit­tel­lastkraftwerke. Da die Wech­sel­richter bei 50,2 Hz abschal­ten, dro­ht das bei ein­er Mul­ti­p­lika­tion der Anla­gen zu einem zu raschen Abfall der Fre­quenz zu führen, die so schnell nicht aus­gle­ich­bar wird.

Wer nicht für eine Lösung dieser Prob­leme sorgt, bevor weit­ere Anla­gen aus­geschal­tet wer­den im Grund‑, Mit­tel­last- und Spitzenkraft­bere­ich, sorgt für Net­z­zusam­men­brüche. Über mögliche Lösun­gen bericht­en wir in Teil 2 und Teil 3 der dre­it­eili­gen Artikelserie.

Zuerst erschienen in der Zeitung vum Lëtze­buerg­er Vollek am 16. März 2021.