Stromversorgung & Blackout - März 2013

Netzstabilität - Das Frequenzproblem

Bei der Formulierung der Anschlussrichtlinien für Eigenerzeugungsanlagen war deren dynamisches Wachstum, allen voran der Photovoltaik, nicht abzusehen. Inzwischen sind dadurch Netzstabilität und damit die Versorgungssicherheit gefährdet. Die Ursache liegt in der bis 2011 üblichen Einstellung des Überfrequenzschutzes: Bei Erreichen einer Netzfrequenz von 50,2 Hz würden schlagartig viele Gigawatt auf einmal abgeschaltet - mit fatalen Folgen: Im Extremfall droht ein europaweiter Blackout.

 Quelle: all-electronics.de vom 01.03.13

Früher war alles einfach. Großkraftwerke erzeugten elektrische Energie und der Strom wurde über Hoch- und Mittelspannungsnetze und zuletzt als Niederspannung lokal an die Endverbraucher verteilt. Die Netze wurden so dimensioniert, dass auch bei unterschiedlicher Netzbelastung beim Verbraucher die Spannung an der Steckdose immer 400 V beziehungsweise 230 V ±10 % betrug. Einzelne dezentrale Einspeiser wurden in den Modellen als 'negativer Verbrauch' oder auch gar nicht erst berücksichtigt. Stufenschalter an den Trafos zwischen Hoch- und Mittelspannungsnetz reichten aus, die Spannung auf der Mittelspannungsebene zu regeln. Es gab keine Regelung der Spannung auf der Niederspannungsebene, nicht einmal eine Messung fand statt – und so ist es bis heute. Der Strom kannte jahrzehntelang nur eine Richtung, vom Kraftwerk zum Verbraucher.

Bei dieser Struktur war es am einfachsten, bei Störungen alle Eigenerzeugungsanlagen schnellstmöglich abzuschalten, um das Netz anschließend zu stabilisieren und kontrolliert wieder zuzuschalten. In der in den Jahren 2005 und 2006 vom damals zuständigen Verband der Netzbetreiber (VDN) verabschiedeten 'Richtlinie für Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz' wurde deshalb vorgeschrieben, Anlagen bei einem Anstieg der Netzfrequenz über 50,2 Hz unverzüglich abzuschalten.

Mit dem rasanten Anstieg von Eigenerzeugungsanlagen, Ende 2012 stellen allein Photovoltaik-Anlagen über 30 GWp bereit, hat sich die Situation grundlegend geändert. Der Strom kann inzwischen auch vom Niederspannungsnetz zurück ins Mittelspannungsnetz fließen, beispielsweise wenn viel Wind weht, die Sonne scheint und wenig Verbraucher eingeschaltet sind. Ein Überangebot an elektrischer Leistung zwingt die Netzbetreiber, dann negative Regelleistung einzusetzen, das heißt die eigene Kraftwerksleistung zu reduzieren, Anlagen abzuschalten oder künftig auch Verbraucher zuzuschalten. Dabei verursacht allein schon die Bereitstellung von Regelleistung hohe Kosten, die am Ende die Stromkunden bezahlen.

Bei 50,2 Hz fehlen zehn Kraftwerke

Der zunehmend blockweise Stromhandel verschärft das Problem und verursacht zum Abrechnungszeitpunkt durch Lastwechsel deterministische Frequenzabweichungen, die zum Teil jetzt schon bis zu 50,1 Hz erreichen.

Beispiele für großräumige Stromausfälle in der Vergangenheit waren die europaweite Verbundnetzstörung im Jahr 2006 und der Blackout 2003 in Italien. In beiden Fällen lag Deutschland in einer exportierenden Netz-Region, in der die Frequenz auf über 50,2 Hz anstieg.

Über 300.000 Altanlagen sind nachzurüsten

 Eine weiterhin bestehende gefährliche Sollbruchstelle im europäischen Stromversorgungssystem. 


Ö1 - 28.03.13 - Blackout. Stromausfall als Katastrophe

Das Stromnetz ist eine der wichtigsten technischen Lebensadern der modernen Gesellschaft. Ohne Strom funktioniert weder eine Tankstelle, noch die Kommunikation. Einige Experten warnen immer wieder davor, dass wir zu wenig auf einen Totalausfall der Stromversorgung vorbereitet seien. Die Anfälligkeit für Störungen scheint indes zu steigen: Durch immer mehr Wind- und Photovoltaikkraftwerke steigt etwa die Dynamik im Stromnetz, es unterliegt immer mehr riskanten Schwankungen, weil es für die neuen Energielieferanten nicht gut vorbereitet ist. 

Quelle: Ö1 Dimensionen - die Welt der Wissenschaft


Drei kleine Kraftwerke aus Österreich

Ihnen ist es zu verdanken, dass am 29. Jänner in weiten Teilen Europas die Lichter nicht ausgegangen sind. Dabei war der Schuldige für die Kalamitäten rund eintausend Kilometer entfernt: Aufgrund heftiger Stürme produzierten an jenem Jännertag die Windkraftanlagen im Norden Deutschlands die Rekordmenge von 24.000 Megawatt an Elektrizität – so viel wie 20 Atomkraftwerke.

Was dann geschah, zeigt den ganzen Irrsinn, der den Strommarkt Europas derzeit beherrscht. Die Energie floss von der Nordseeküste über Polen und Tschechien bis Wien. Während diese Netze unter Hochspannung standen, drohte dem Süden Deutschlands aufgrund der schwachen Nord-Süd-Verbindung eine Unterversorgung.
Das Gefährliche daran: Das Ungleichgewicht in der Spannung hatte das Zeug, das gesamte europäische Netz zum Zerreißen zu bringen – ein Blackout in Mitteleuropa war zum Greifen nah. 

Die Tarife im Handel spielen schon seit Längerem verrückt. 2008 kostete der Strom an der Leipziger EEX bis zu 95 Euro, sackte dann ab und blieb bis vor wenigen Monaten relativ konstant zwischen 55 und 60 Euro pro MWh. Diesen Winter setzte eine zweite Welle nach unten ein. Ende Februar kostete eine MWh in Leipzig (im „Phelix“-Index für Deutschland und Österreich) knapp 45 Euro. Bizarr wurde es am ersten Weihnachtstag: Stromerzeuger zahlten 220 Euro für die Abnahme einer MWh, ein sogenannter Negativpreis.

Das Problem dabei: Am Markt gilt das „Merit-Order-Prinzip“, also Abfrage bei Kraftwerken mit den geringsten Grenzkosten zuerst. Weil Wind und Sonne an sich umsonst sind, stellen sie jedoch dieses Prinzip auf den Kopf – und drängen zahlreiche thermische Kraftwerke aus dem Netz. Das Ergebnis: Viele Betreiber fahren ihre Kraft- werke, die eigentlich als ausgleichende Kraft nötig wären, herunter. 

Quelle: www.industriemagazin.net vom 04.03.13


Training für den totalen Stromausfall 

„Die Netze werden heute stärker an ihren Grenzen betrieben, Sicherheits-Margen wie vor 20 Jahren gelten nicht mehr, Beinahe-Störungen häufen sich.“

Es geht dabei nicht nur um technische Lösungen, sondern auch um Kommunikation.

Quelle: www.derwesten.de vom 06.03.13


Teurer Stillstand bei der Energiewende - Risiko des Blackouts steigt

Die Experten von McKinsey stellen der Energiewende bisher ein mieses Zeugnis aus. Derzeit gibt es nur bei vier von 15 Zielen Hoffnung, die Vorgaben zu erreichen. Und der Strom wird immer knapper.

Das Ziel, die Nutzung von Solarkraft in Deutschland zu steigern, wurde nicht nur erreicht, sondern dramatisch übererfüllt: Durch den Rekordzubau von Solarmodulen mit 7,6 Gigawatt Leistung im vergangenen Jahr wurde der im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgeschriebene Ausbaukorridor um mehr als das Doppelte überschritten.

"Mit aktuell 32,4 Gigawatt installierter Leistung wird das Ziel der Bundesregierung um 49 Prozent übererfüllt – mit weiter steigender Tendenz", heißt es im McKinsey-Bericht: "Noch zeigen die Maßnahmen der Bundesregierung in 2012 also eher eine beschleunigende als bremsende Wirkung."

Stromversorgung ohne jede Reserve

"Im Extremfall, beispielsweise an einem kalten, bewölkten, windarmen Wintertag, könnte es in Deutschland zu kritischen Situationen und damit Importbedarf kommen"

"Gemessen am Ziel einer fünf-prozentigen Reservemarge, wie vom Verband ENTSO-E veranschlagt , ist demnach ein klares Risiko für die Versorgungssicherheit zu konstatieren."

Netzbelastung an der Grenze

"An dem Thema Versorgungssicherheit muss noch stärker gearbeitet werden: Die technischen Grenzen der Netze werden immer stärker ausgefahren, wobei teilweise nicht einmal genau klar ist, wo diese Grenzen liegen"

Die Tendenz zur Verschlechterung ist bereits deutlich erkennbar: Zwar werden bis 2015 noch sieben große Steinkohlekraftwerke ans Netz gehen. Damit nimmt der Umfang der steuerbaren, sicher verfügbaren Kraftwerkskapazitäten zwischenzeitlich um vier Gigawatt zu. Doch das reicht nicht aus, um die elf Gigawatt Kapazität aus Kernkraftwerken zu ersetzen, die bis 2022 vom Netz gehen sollen.

 Quelle: Welt.de vom 06.03.13 und Welt.de vom 07.03.13

McKinsey Bericht

Einmal mehr ein alarmierende Hinweis, wie angespannt die Situation im europäischen Verbundsystem - insbesondere im Deutschen Netzbereich ist. Daher wäre es unverantwortlich, wenn wir uns nicht auf das Worst-Case-Szenaro eines Blackouts vorbereiten. 


Die Story - Terrorgefahr Blackout

Ein digitaler Terrorangriff auf unsere Strom- oder Wasserversorgung - Science Fiktion oder reale Gefahr? Kontrovers-Recherchen zeigen: eine echte Bedrohung für uns alle, gegen die wir nur unzureichend geschützt sind!

 

 Quelle: Bayrisches Fernsehen vom 07.03.13

Sehenswerte Dokumentation, die die Gesamtproblematik sehr gut beschreibt. 


Was der GAU uns lehrt

"Gleichgültig, wie viele Sicherheitssysteme eine Anlage einsetzt, es wird immer Überraschungen geben. Die Probleme, die auftauchen, werden wohl eine niedrige Eintrittswahrscheinlichkeit, aber große Auswirkungen haben – und wahrscheinlich ist es etwas, was wir nicht vorhersehen." Man könne nur investieren und diese geringen Risiken weiter minimieren.

Die klassische Beschreibung eines Schwarzen Schwans.  

Was passiert, wenn ein totaler Stromausfall länger als ein paar Stunden dauert? Gerechnet wurde anhand der Siedewasserreaktoren in der Peach Bottom Atomic Power Station, Pennsylvania. Ergebnis: Wenige Stunden nach Beginn des Blackout würde die Kernschmelze beginnen, nach 20 Stunden das Containment versagen und 16 Prozent des radioaktiven Inventars in die Umwelt freisetzen. Die Katastrophe nähme ihren Lauf.

In den USA gibt es Schätzungen, nach denen katastrophale Sonneneruptionen das Stromnetz so weiträumig zerstören können, dass die Reparatur Wochen, Monate, vielleicht sogar zwei Jahre in Anspruch nehmen könnte. Was passiert dann mit den Abklingbecken? Die Kernkraftwerke sind abgeschaltet, aus dem Netz kommt kein Strom. Die Simulationen des NRC: Dauert der Stromausfall länger als einen Monat, heizt sich das Wasser in den Becken auf, die Brennelemente fallen trocken, es kommt zu Metallbränden, zur Kernschmelze und zur Freisetzung des strahlenden Inventars. Deshalb sollten Systeme entwickelt werden, die sie zwei Jahre lang automatisch kühlen.

Dazu muss man auch wissen, dass die OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) 2011 Sonnen Stürme, neben einer Pandemie, Cyber Angriffen, Finanzkrisen und Sozialen Unruhen, als eine der wesentlichsten globalen Gefahren eingestuft hat. Siehe OECD Report: Future Global Shocks

Die entscheidende Lektion: Notfallsysteme müssen so ausgelegt sein, dass sie selbst im größten Chaos noch funktionieren.

In den Reaktoren im schwedischen Forsmark und im finnischen Olkiluoto bleibt nach einem Stromausfall oder dem Ausfall der Kühlsysteme weniger als eine Stunde Zeit, um den sicheren Betrieb wiederherzustellen.

Die Folgen eines europäischen Blackouts könnten daher noch viel schlimmer werden, als allgemein angenommen wird.


Schwarzstart: Stromausfall - Die Sekunden nach dem Blackout  

Die Vermutung liegt nahe, dass gerade die schlechte Beweisbarkeit, ob das Stromnetz im Falle eines Kollapses/Stromausfalls wieder gestartet werden kann, dazu führt, dass schon in naher Zukunft Ansprüche gestellt werden bestimmte Anlagen oder Einrichtungen mit Geld zu unterstützen. 

Bei den ersten Versuchen mit der Smartgrid Simulation wurde erschreckend festgestellt, dass viele Großverbraucher (Wärmepumpe, Kühlschrank,…) beim Neustart innerhalb von wenigen Sekunden die volle Netzlast ziehen. Dies bedeutet, dass die nach einem längeren Ausfall auftretende Belastung deutlich über der Belastung liegen dürfte, die zur gleichen Zeit unter normalen Bedingungen vorherrschen würde. Aktuell wird gerade untersucht, ob das sofortige Aussenden eines Lastabwurfs an die Rundsendeempfänger (Stromunterbrechung bei Wärmepumpen) rechtzeitig Wirkung zeigt, bevor die hohe Last zu einem erneuten Ausfall führt.

Im klassischen Netzbetrieb ist die Wasserkraft für einen Schwarzstart sehr geeignet, besonders aus Pumpspeicherkraftwerken, da die Lastspitze leichter ausgleichen lässt. Auch Strom aus Windkraft könnte hilfreich sein, jedoch werden die meisten Windräder mit einem Fernzugriff betrieben. Kommt es zu einem Stromausfall, so ist auch die Fernwartung einer Anlage zunächst nicht möglich. Um ein Windkraft schwarzstartfähig zu machen, müsste es eine Form von Notstromversorgung haben und eine durch Notstrom gesicherte Telekommunikationseinrichtung.

Viele Ungewissheiten, die das Szenario "Blackout" noch bedrohlicher machen, als es schon ist.

Sollte es wirklich zu einem großflächigen Stromausfall kommen, so sind Stromabnehmer gut beraten etwas beim Hochfahren des Stromnetzes beizutragen.

Abschalten was abzuschalten geht sollte daher die höchste Priorität haben. Dabei reicht es nicht, dass die Geräte vom Netz genommen werden, die ohnehin per Stecker oder Schalter ständig geschaltet werden können. Viel wichtiger ist es Kühlschränke, Wärmepumpen und Umwälzpumpen vom Netz zu trennen (per Sicherung Ausschalten?) und so lange vom Netz zu lassen, bis die Stromversorgung wieder stabil ist.

So etwas muss aber bereits vor einem Kollaps in der entsprechenden Risikokommunikation der Bevölkerung vermittelt werden. In der Krise wird das wahrscheinlich nur mehr bedingt funktionieren.

Quelle: www.proteus-solutions.de vom 11.03.13