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Wie reagieren die konventionellen Kraftwerke bei der Einspeisung von Strom aus z. B. Photovoltaikanlagen ?

Zwang der Gleichheit zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch

Von Helmut Alt
(
Helmut.Alt@energie-fakten.de)Helmut Alt

Da die elektrische Energie in großem Maßstab nicht speicherbar ist (nur indirekt mittels Pumpspeicher-Kraftwerken), muss sie bedarfsgerecht erzeugt werden. Dies geht natürlich nicht sekündlich exakt. Die Kraftwerke können wegen der Trägheit der Erzeugungssysteme nicht unmittelbar auf eine geänderte Entnahme elektrischer Energie aus dem Netz durch gleich hohe Steigerung oder Verminderung der Leistung regieren. Dies hat zur Folge dass die Frequenz, die der Drehzahl der Erzeugungsmaschinen proportional ist, bei Ungleichgewicht zwischen Erzeugungsleistung und Verbraucherleistung von dem Sollwert von 50 Hz abweicht. Daher ist die Frequenz fast nie exakt 50 Hertz (Hz), sondern bewegt sich üblicherweise in einem Band zwischen 49,9 Hz und 50,1 Hz also um +- 0,1 Hz um den Sollwert.

Leistung und Generator-Drehzahl der Regelkraftwerke

Ein großer Anteil der konventionellen Kraftwerke werden als Regelkraftwerke mit einer statischen (d. h. leicht geneigten Kennlinie von rd. 4 % nachgebender Drehzahl bezogen auf die Nennleistung) betrieben. D. h. die Leistungsabgabe der Kraftwerke nimmt bei absinkender Frequenz automatisch zu und zwar soviel, wie es die erhöhte Leistungsanforderung erzwingt. Die Ergiebigkeit des Verbundnetzes ist durch den Leistungskoeffizienten K gekennzeichnet. Dieser beträgt im UCTE Netz (europäisches Verbundnetz) je nach Betriebszustand der Kraftwerke zwischen 16.000 und 20.000 MW/Hz. Ein Leistungs-Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Bedarf in Höhe von rd. 1.600 MW führt deshalb kurzfristig (wenn die dynamische Energie der rotierenden Massen aufgezehrt ist) zu einer Frequenzänderung von 0,1 Hz. Ab diesem Wert merken die Netzregler das Defizit oder den Überschuss und fahren dafür vorgesehene Regelkraftwerke mit ihrer Leistung entsprechend runter oder hoch.

Auswirkungen im Verbundnetz und in den Regelzonen

Diese Leistungsveränderungen erfolgen nach dem von Prof. Graner in den 1930er Jahren patentiertem Netzkennlinienverfahren. Das Ungleichgewicht ist in dem Land bzw. in der Regelzone auszugleichen, in der es auch verursacht wurde. Nur in der Zwischenzeit bis zur Ausregelung beteiligen sich alle Regelkraftwerke die am Verbundnetz in Europa arbeiten, an der veränderten Bedarfsdeckung und Frequenzstabilisierung auf den Sollwert. Dadurch ergeben sich entsprechende Änderungen der Übergabeleistungen zu den Nachbarländern im europäischen Verbundnetz und für die Netzregelung ein Signal, welches auf das verursachende Netzgebiet hinweist (Netzkennlinienregelung).

Photovoltaik- und Windenergieanlagen

Es ist eine Tatsache, dass dargebotsabhängig einspeisende Kraftwerke wie Photovoltaik- und Windenergieanlagen keinen Beitrag zu dieser Netzregelung leisten können. Die in der Anfrage angesprochen Einspeisung einer Photovoltaikanlage wirkt sich also im Verbundnetz so aus, als ob der Bedarf abgenommen hätte, d. h. die Frequenz steigt nach Maßgabe des Leistungskoeffizienten an. Bei 10.000 kW Einspeise-Leistung beträgt der Anstieg rd. 0,00062 Hz. Dieser Anstieg ist aber kaum feststellbar, so dass die relativ geringen Photovoltaikeinspeisungen, solange sie unerheblich sind, keine Rolle spielen und einfach von der etablierten Netzregelung „stillschweigend“ mit abgearbeitet werden. Anders ist dies natürlich inzwischen bei der Windleistungs-Einspeisung geworden. Mitunter können bis zu 20.000 MW innerhalb weniger Minuten als Einspeiseleistung hinzukommen oder bei plötzlicher Windstille verschwinden. Dann beträgt die Frequenzänderung weit über 0,1 Hz hinausgehend das Zehnfache. Über 1 Hz hinaus und muss spontan abrufbare konventionelle Kraftwerksleistung in der entsprechenden Leistungshöhe aktiviert werden. Daher wird durch die dargebotsabhängigen Einspeisungen praktisch überhaupt kein Kraftwerk eingespart, sondern es wird nur der Brennstoff in den ohnehin vorhanden Kraftwerken eingespart.

Brennstoffersparnis in konventionellen Kraftwerken

Diese Brennstoffersparnis hat einen Wert von deutlich unter 2 Ct/kWh bei Kernkraftwerken sogar deutlich unter 0,5 Ct/kWh. Eine Wirtschaftlichkeit dieser Einspeisungen ist daher in Wirklichkeit erst gegeben, wenn die Erzeugungskosten unter diese Grenzwerte sinken würden, was nach Lage der Dinge auf Dauer wohl unmöglich ist. Leider sind diese Verhältnisse etwas kompliziert und schwer zu vermitteln und finden daher in den politischen Diskussionen kaum Gehör und Akzeptanz. Daher beträgt die Belastung der Stromverbraucher durch das EEG-Gesetz auch inzwischen über 5 Milliarden Euro jährlich mit weiter steigender Tendenz.

Dieser Beitrag wurde entstand als Antwort auf eine Anfrage eines Lesers und wurde am 26. Juli 2007 veröffentlicht.

Siehe auch

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