Zum Stand der Energiewende im Bereich der Elektrotechnik (Kurzfassung*)

Die Energiewende ist nun schon seit vielen Jahren in aller Munde. Oft ist damit ausschließlich oder vorrangig die Wende in der Versorgung mit elektrischer Energie gemeint. Hierauf sollen sich auch die nachfolgenden Ausführungen beschränken – allerdings unter Einbezug der Aspekte »Wärmewende« und »Sektorkopplung«.

Wichtiger als sonst irgendwo ist es in der Elektrotechnik – und hier wiederum vor allem im Zusammenhang mit erneuerbaren Einspeisungen – die Begriffe Leis­tung und Energie nicht zu verwechseln. Leistung ist Energie pro Zeit, bzw. Energie ist Leistung mal Zeit.

Bei der Betrachtung fallen zwei Punkte auf, denn zum einen ist die Elektrotechnik den anderen Sektoren wie Verkehr, Raumheizung und chemische Prozesse schon weit voraus: Fast die Hälfte der 2022 aus dem öffentlichen Netz bezogenen elektrischen Energie stammte bereits aus erneuerbaren Quellen.

Dies ist zum Teil dadurch zu erklären, dass die Elektrizität nicht nur hinsichtlich ihrer äußerst vielseitigen Anwendung, sondern auch der Erzeugung sehr flexibel ist, also auf vielerlei Art und Weise gewonnen werden kann. Dennoch ist dieser Fortschritt erstaunlich, da der elektrischen Energie – oder vielmehr der elektrischen Leistung – ein ganz erhebliches Hindernis am Bein hängt.

1 Netzbetrieb

Die Elektrizität ist nämlich die einzige Art von Energie, die immer genau in der Sekunde erzeugt werden muss, in der sie verbraucht wird. Die in das Netz eingespeiste Leistung muss also in jedem Moment exakt der entnommenen Leis­tung entsprechen. Es ist kein »Puffer« vorhanden. Sicher gibt es Akkumulatoren, mit denen man Smartphones, Laptops und sogar Autos eine ganze Weile laufen lassen kann und mit denen sich ein »Solar-Haushalt« – zumindest im Sommer – auch schon eine Nacht lang über Wasser halten kann, wenn tags zuvor die Sonne schien.

Diese Akkus sind dem Netzbetrieb jedoch nicht dienlich, sondern stellen vielmehr weitere Lasten dar, weil ihre Ladezeiten – bislang immer noch – für das Netz gerade so spontan und unangemeldet ein- und aussetzen wie der Betrieb der anderen Lasten gemeinhin auch. Privat betriebene Solarstromspeicher u.Ä. als Entlastungsmaßnahme für das Netz anzusehen, ist daher abwegig.

Die Vorstellung, in das Netz eingespeis­te Energie werde dort in irgendeiner Form gespeichert, ist leider ebenso irreführend. Die im Netz gespeicherte Energie beschränkt sich auf die Rotation der Generatoren und das, was mit diesen auf derselben Welle angeordnet ist – und das beinhaltet gerade mal so viel Energie, wie das Netz in einer Sekunde umsetzt!

Zum Glück hat man sich aber nach anfänglichem Glaubenskrieg dafür entschieden, die Netze als Drehstromnetze aufzubauen und aus einem anfänglichen Flickenteppich wuchsen vier europäische Verbundnetze zusammen. Somit sind all die großen Synchron-Generatoren von Portugal bis an die Ostgrenze der Türkei über die Höchstspannungsnetze (380 kV; 220 kV) miteinander verbunden und laufen also allesamt synchron zueinander.

Drehstrom ist letztlich auch nicht mehr als ein dreifacher Wechselstrom. Dessen Frequenz wird stets peinlich genau auf dem Nennwert von 50 Hz gehalten (Abb. 1). Falls ein großer Kraftwerksblock von z.B. 1,3 GW ungeplant und unvorhergesehen ausfällt (Abb. 2), wird die Lücke im ersten Moment tatsächlich aus der Massenträgheit der übrigen laufenden Maschinen gedeckt.

Damit aber sackt deren Drehzahl ab – und proportional hierzu die Frequenz im gesamten Verbundgebiet, alle Kraftwerke sehen das Defizit sofort – ohne dass hierfür eine Datenverbindung geschaltet werden müsste! Einige unter ihnen haben das Ass im Ärmel: Sie können Regelleistung anbieten. Das bedeutet:

• Sie laufen normalerweise nicht mit voller Leistung, sondern nur etwa 50% hiervon.
• Sie können ihre Abgabeleistung sehr schnell ändern (was alles andere als selbstverständlich ist).

Solange sich die Netzfrequenz zwischen 49,99 Hz und 50,01 Hz aufhält, greifen die Regelleistungskraftwerke nicht ein. Darunter steigern sie ihre Leistung (Abb. 2), und darüber wird sie reduziert Abb. 3). Bei 49,8 Hz gehen sie auf 100%, bei 50,2 Hz auf 0% ihrer Nennleistung. Bei diesen Werten wird aber bereits Alarm ausgelöst! Bei 47,5 Hz trennen sich die Kraftwerke vom Netz und produzieren nur noch den Strom, den sie zu ihrem eigenen Betrieb benötigen (Abfangen im Eigenbedarf), um nicht durch die Überlast bis zum Stillstand »abgewürgt« zu werden, sondern zum Wiederaufbau der Versorgung zur Verfügung zu stehen.

Den ganzen Beitrag können Sie in der Februar-Ausgabe von »Der Bausachverständige« lesen.
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