stopthesethings
Seine Zukunft den launischen Wettergöttern anzuvertrauen erfordert mehr Unwissenheit über technische Zusammenhänge. Vor allem, wo die letzten Jahre bereits genügend Leid und Entbehrung durch landesweite Black-outs und massenhafte Stromabschaltungen über die Bewohner Südaustraliens gebracht haben.
– Einleitung verkürzt
Das dortige Stromnetz arbeitet in den letzten Jahren immer am Rande des Zusammenbruchs.
Aber es ist nicht einzigartig für Südaustralien. Jeder Landstrich, der versucht, seinen Strom mit Sonnenschein und Wind zu erzeugen, hat große Schwierigkeiten, das Stromversorgungssystem vor dem Zusammenbruch zu schützen.
Es sei daran erinnert, dass es nicht Ingenieure waren, die Windmühlen und Sonnenkollektoren forderten; das kam von schwachsinnigen Politikern, die den Wählerstimmen von klimabesessenen, innerstädtischen Grünen nachjagten. Während die Ingenieure das Problem nicht verursacht haben, bleibt es ihnen überlassen, sich dem Chaos anzunehmen und zu versuchen, „die Lichter eingeschaltet zu lassen“ (soweit möglich).
Wie bei jedem technischem-Problem lohnt es sich, genauer hinzusehen, so wie für uns David Watson im folgenden Artikel. Er ist diplomierter Elektroingenieur und war vor seiner Pensionierung Manager bei Foster Wheeler Energy in Glasgow.
Bei Marktversagen könnte Großbritannien fünf Tage lang unter Stromausfall leiden.
Engineering & Technology, David Watson, 11. März 2019
Die heutige Strom-Infrastruktur, die von kommerziellen Kräften sehr beeinflusst ist, wird schwer zu handhaben sein, wenn die Dinge ernsthaft schief gehen.
Selbst in den Industrieländern des 21. Jahrhunderts ist der Ausfall von Stromnetzen, wie er in den letzten Jahren in Teilen Australiens beobachtet wurde, nicht ungewöhnlich. In Großbritannien steigt das Risiko eines Totalausfalls oder einer erheblichen teilweisen Abschaltung des Übertragungsnetzes.
Die Zunahme von erneuerbaren Energien am Netz macht ein Versagen wahrscheinlicher. Durch das Wachstum von Windparks entstehen Frequenz-Regelungsprobleme, die auf eine verringerte Trägheit des Systems zurückzuführen sind, während eine Verringerung der Netzwerkstärke längere, stabilitätsgefährdende Fehlerbeseitigungszeiten verursachen kann. Dann gibt es die Herausforderungen, das Angebot [unterbrechungsfrei] an die Nachfrage anzupassen, nachdem plötzliche Schwankungen bei der Windstromerzeugung auftreten und Eingangsschwankungen der europäischen Verbindungsleitungen weniger als eine Stunde vorher bekannt gegeben wurden. Andere Risikofaktoren sind ein Ausfall der Netzstation, Blitzeinschläge in oder Ausfälle von Überlandleitungen und Cyberangriffe.
Für das Wiederherstellen des Netzes nach einem weitreichenden Zusammenbruch wird ein als „Schwarz-Start“ bezeichneter Prozess gestartet, unter Berücksichtigung der im Plan bestimmten Reihenfolge der verschiedenen Bereiche im Vereinigten Königreich. In der Lage zu sein, das Stromnetz und die Stromversorgung im Land schnell wieder herstellen zu können – Priorität der öffentlichen Gesundheitseinrichtungen kann zu Recht erwartet werden – aber in Schottland und wahrscheinlich in London ist dies nicht realisierbar. Die Wiederherstellung der Netzwerke würde mehrere Tage dauern. Das Problem ist so ernst geworden, dass es die Aufmerksamkeit des staatlichen Ausschusses für zivile Notfälle „Cobra civil contingencies committee“ auf sich gezogen hat.
Die professionelle Erwartung an die Dauer bis zur Rückkehr der Stromversorgung in Schottland ist inzwischen, wie mir gesagt wurde, auf fünf Tage gestiegen, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass großräumige, disponierbare und bedarfsgesteuerte Erzeugung von Strom durch zeitweilig verteilte erneuerbare Energien ersetzt wurde. In London wurde eine ähnliche progressive Reduzierung verzeichnet, und der [wieder Auf-] Ladevorgang wird auch länger dauern, da ein Großteil des Hochspannungsnetzes Kabel und keine Freileitungsübertragung verwendet.
[Nur an meine Nicht-Elektrotechnischen Leser – die Elektrotechniker kennen das: Ein Kabel muss sich nach dem Einschalten (anlegen von Spannung) erst aufladen. Vergleichsbeispiel: Ein langer Gartenschlauch muss nach dem Wasser-aufdrehen erst volllaufen, bevor hinten etwas rauskommt. Bei richtig langen Stromversorgungskabeln kann das eine Zeitlang dauern und es ist auch nennenswerte Energie. Umgekehrt dauert es eine Zeitlang nach dem Abschalten, bis das Kabel keine Spannung (Energie) mehr hat. Wenn es wichtig ist, wird gezielt „entladen“. Diese „Energie im Kabel“ kann aber als Speicher nicht genutzt werden. Denken Sie wiederum an den Gartenschlauch, wenn sie den Hahn zudrehen. Freileitungen benötigen aufgrund anderer physikalischer Eigenschaften weniger „Füllung“.
Das Thema greife ich demnächst mit auf, Demmig.]
Die Schottische Arbeitsgruppe zur Wiederherstellung der Energieversorgung nach einem Schwarz-Start, hat ihre Prozeduren im September 2018 überprüft. Diese basieren auf lokalen gemeinsamen Wiederherstellungsplänen, bei denen die Übertragungsbetreiber die lokalen Übertragungsinseln [gemeint ist z.B. die Versorgungseinheit eines Stadtteils sein] hochfahren und stabilisieren, die dann synchronisiert [alle im Gleichtakt des Wechselstromes] und schrittweise miteinander verbunden werden müssen.
Der Bericht der Gruppe warnt davor, dass es nach der Schließung des Kohlekraftwerks Longannet [es wurde gesprengt] in Fife im Jahr 2016, zu erheblichen Verzögerungen bei der Wiederherstellung der Stromversorgung kommen wird. Das Peterhead Gaskraftwerk, jetzt Schottlands einziges hochleistungsfähiges und mit hoher Trägheit (unverzichtbar für die Frequenzstabilisierung da rotierende Generatoren mit hoher Schwungmasse) einsetzbares Kraftwerk, bittet um eine Genehmigung zur Installation von 31 Dieselgeneratoren, die sieben Tage lang volle Leistung bringen können, um den Wiederanlauf sicherzustellen. Das Gaskraftwerk hat jedoch nur die Hälfte der Kapazität von Longannet und kann nicht ganz Schottland neu starten, ohne die Kapazitäten der Pumpspeicherwerke bei Cruachan und Foyers und, ganz entscheidend, aus England, zu verwenden – eine bislang noch nicht getestete Kombination.
Windparks können das Netz nicht hochfahren. Die verwendeten Generatortypen benötigen externe Energie, um mit der Stromerzeugung zu beginnen. Einige neuere Konstruktionen sind selbststartend, aber die Verbindung zu einem toten Netz über lange (Offshore-) Wechselstrom-Kabelverbindungen bleibt ein ungelöstes Problem, da die Generatoren nicht genug Blindleistung bereitstellen können, um tatsächlich große Kabelstrecken aufzuladen. In jedem Fall sind sie nicht in der Lage, die Anforderungen des National Grid für Hochfahren des Speiseabschnittes, Regelung der Netzspannung oder Frequenzsteuerung zu erfüllen.
Die erste lokale gemeinsame Netzwiederherstellungsaktivität besteht darin, die gesamte Offshore-Erzeugung abzuschalten. Onshore-Windparks können nach Wiederherstellung des Netzes schrittweise wieder eingetaktet werden, jedoch nur, wenn sie nicht stromlos [in ihren Regelkreisen] sind und der Wind weht. Die beiden schottischen Kernkraftwerke Hunterston und Torness können nur in ein stabiles Netz eingebunden werden, was mehrere Tage dauert.
Die neuen HGÜ-Verbindungen [Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen] im Wert von 2,4 Mrd. GBP von Wales in die Gegend von Hunterston und von Moray Firth nach Spittal wurden nicht für den Schwarzstart konzipiert, da sie nicht die neueste 4-Quadranten-Umwandlungstechnologie (VSC) enthalten und nicht in ein totes Netz liefern [kommutieren ~Betrieb der Leistungshalbleiter] können. Schottland steht jetzt buchstäblich am Ende der Leitung [Versorgungsnetz], und ein notwendiger Wiederanlauf würde erst gelingen, wenn das Netz im Norden Englands wiederhergestellt worden wäre. In ähnlicher Weise können für London die beiden HGÜ-Verbindungsleitungen nach Frankreich und in die Niederlande keinen Schwarzstart unterstützen.
National Grid bestätigte im Jahr 2016, dass die Wiederanlaufstrategie „angepasst werden muss“, da „Systemstärke und die Anzahl der Schwarz-Start-[geeigneten] Anbieter sinken“ und dass die Kosten für den Schwarz-Start „in den nächsten 10 Jahren um einen Faktor 7-10 ansteigen wird“. Während National Grid, wie Ofgem [Amt für Gas- und Elektrizitätsmärkte], die Bereitstellung von bis zu sieben neuen VSC-Verbindungsleitungen zwischen Großbritannien und dem europäischen Festland begünstigt, sind diese noch nicht gebaut, und die Verfügbarkeit von Strom hängt von den Marktbedingungen ab. Großbritannien ist ein Nettoimporteur von Elektrizität. Und außerdem gibt es den Brexit…
Die Situation ist eindeutig unhaltbar. Es zeigt beispielhaft die Notwendigkeit einer ordnungsgemäßen Steuerung des britischen Elektrizitätssystems, um die derzeit unterschiedliche, gewinnorientierte Schwächung des Netzes, die der „Markt“ verursacht hat, zu ersetzen.
Einige der technisch orientierten Institutionen plädieren für Veränderungen, darunter das IET – Institution of Engineering and Technology, das IMechE: Institution of Mechanical Engineers und die IESIS Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland. Wir müssen gehört werden.
Gefunden auf Stopthesethings vom 10.04.2019
Übersetzt durch Andreas Demmig
Und somit macht sich Schottland mit der Energiewende noch abhängiger von England..die Schotten…haben das Märchen der Grünen EU Sozialisten von der Energiewende geglaubt… wollten mit der Windmühlen Technik unabhängig von England machen…und jetzt..ist man noch mehr auf England angewiesen
Meine Schulzeit ist lange her. Aber ich glaube fast,das die einfachsten physikalischen
Regeln oder naturwissenschaftliches Wissen heute in den Schulen keinen Eingang mehr findet.Wie sonst können Mill. Deutsche glauben,das das Stromnetz ein Speicher sein kann!?
Das ist einmal ein Artikel, der einem Elektrotechniker nur Schauer über den Rücken jagen kann. Fast hätte ich gedacht, es wäre eine Ausarbeitung von Herrn Hofreiter gewesen, bei dem das Netz ein neu entdeckter Speicher (Speicher für Wecheselgrößen von 50 Hz !???) ist und Kraftwerke das Netz mit schmutzigem Strom verstopfen können.
Bitte den Artikel mit „Leitung aufladen“ nur als Satire verstehen!
Sehr geehrter Herr Peter Puschner, Prof. Dr.-Ing.,
mein Einschub dient der Erklärung für Nicht-Elektrotechnisch Versierte, warum es notwendig ist, das ein Speiseabschnitt in einem Stromversorgungsnetz „Hochgefahren“ werden muss. Von den Problemen, den Einschaltrush der Netztrafos zu beherrschen, habe ich noch nichts erwähnt. Von einer nutzbaren Speicherung habe ich nichts geschrieben, so etwas unterstellen Sie hier.
Es ist die Erläuterung zum übersetzten Beitrag, warum es so schwierig ist, ein Netz wieder ans „Laufen “ zu bekommen und warum nicht jede Stromquelle dafür geeignet ist.
Daher fällt Ihr Statement: „Das ist einmal ein Artikel, der einem Elektrotechniker nur Schauer über den Rücken jagen kann“ und „Bitte den Artikel mit „Leitung aufladen“ nur als Satire verstehen!“ auf Sie zurück.
Wie erklären Sie denn die Notwendigkeit des Hochfahrens in einfachen Worten?
Lieber Herr Demmig
ich kann es kaum erwarten, ihre Abhandlung über „Energie im Kabel“ zu lesen. Vor allem von ich schon auf ihre Erläuterungen neugierig, wie lange so eine „Ladung“ oder „Entladung“ eines Kabels dauert, wenn, salopp gesagt, die Spannung 100 mal in der Sekunde umgepolt wird. Ich vermute mal, es gibt in der Elektrik neue Erkenntnisse, die über die mit induktiver oder kapazitiver Last verbundene Phasenverschiebung des Stromes um max. ±90° hinausgehen.
Sollte heißen:
Vor allem BIN ich schon…
Sehr geehrter Herr Martin Pecka,
Im übersetzten Beitrag geht es um das „Hochfahren“ eines Speiseabschnittes und dass es längere Zeit in Anspruch nimmt. Meine zusätzliche Erläuterung soll auch Nicht-Elektrotechnisch Versierten einen Einstieg geben, warum das so ist.
Ein Kabel besitzt als elektrische Eigenschaft nicht nur den Leitungswiderstand, sondern auch eine Kapazität und auch eine Induktivität. Diese Kapazität wirkt wie ein Kondensator und dieser wird beim Anlegen einer Spannung erstmal aufgeladen – und muss sich nach dem Abschalten wieder entladen. Bei Wechselspannung wird die Leitungskapazität ständig Umgeladen, was zu ungewünschten Effekten führt (Scheinstrom, Phasenverschiebung).
– Diese Energie im Kabel ist für reale Speicheranwendungen nicht nutzbar.
Ihre Frage nach Zeiten: Ohne zusätzliche Maßnahmen kann die Entladung in einem 10kV Kabel, z.B. 10 km lang, mehr als 6 min dauern. Das kann man ausrechnen.
Ihre Anspielung auf Wechselspannung und „neue Erkenntnisse“ geht am Thema vorbei.
***
Für unsere anderen Leser, eine Erklärung für das Auf- und Entladen eines Kondensators an Gleichspannung
Anschalten eines Kondensators an eine Wechselspannung
http://www.elektronikinfo.de/strom/kondensatorstromkreis.htm
Herzlichen Dank für ihre Links. So brauche ich meine alten Unterlagen aus der 1. Klasse HTL nicht hervorkramen. Sind nach fast 50 Jahren auch ziemlich verstaubt; aber immer noch gültig!
Sehr geehrter Herr Pecka,
Grundlagen können nicht verstauben. Denken Sie mal an Pythagoras.
Worauf ich aber gerne eine Antwort hätte:
Warum stänkern Sie mich an, wenn ich einigen von unseren Lesern versuche Grundlagen der Elektrotechnik beizubringen?
– Das gilt in diesem Beitrag auch für den Prof. Puschner und Herrn Stiller.
Wenn Sie Ahnung haben sollten, gehören Sie nicht zu dieser Zielgruppe und bräuchten sich nicht angesprochen zu fühlen!?
Zu den Themen um die Energie gibt es auf Eike viele interessante und fachlich gehobenere Beiträge und Ausarbeitungen, Allein Herr Prof. Lüdecke und Herr Limburg et. al. haben (ehrenamtlich) viel dazu ausgearbeitet.
Interessant, das nur wenig Resonanz zum eigentlichen Inhalt des Originalbeitrags gekommen ist.
Mich interessiert die Meinung unserer anderen treuen Leser ebenfalls. Es wäre schade, wenn Sie sich durch solche Kommentare abschrecken lassen würden.
Ihnen Allen noch schöne Ostertage
Lieber Herr Demmig,
ich habe Sie keineswegs angestänkert, auch wenn Sie das so empfinden sollten.
Mich hat es nur so wie Prof. Puschner geschüttelt, ob Ihrer Aussage vom Aufladen eines Kabels. Sie haben natürlich Recht, dass zwei (oder mehr) parallel geführte Drähte eine Kapazität darstellen. Nur wird diese nicht einmal auf- sondern 100 pro Sekunde umgeladen! Genau dadurch kommt ja die Blindleistung zu Stande. Der Strom dabei ist aber nicht blind, sondern sehr real. Auch wenn er gegenüber der Spannung phasenverschoben ist (ergibt dann eine Scheinleistung). Sämtliche Übertragungs- und Schaltelemente müssen daher auch auf diesen Strom ausgelegt sein!
Zu Ihrer Analogie mit Wasser: auch ich – und ich glaube, jeder E-Techniker – verwendet diese gerne Laien gegenüber, da doch einiges leicht verständlich gemacht werden kann. Allerdings hat das auch seine Grenzen (der geschlossene Stromkreis). Spätestens beim Vergleich mit dem Gartenschlauch wird der Erklärungsversuch zum Unfug!
Ich hoffe auch, dass Sie mit „Hochfahren“ Maschinensätze (Turbinen, Generatoren …) meinen. Leitungen (auch mit ev. schon daran hängenden Lasten) werden nicht hochgefahren, sondern zugeschalten.
Wenn wir schon beim Formulieren für Laien sind: Spannung am Hochspannungsschalter liegt an – einschalten – zisch/patsch – Leitung steht unter Spannung – Strom fließt je nach Last am anderen Ende der Leitung (der Einschaltstromstoß ist wieder eine andere Baustelle). Und ja, ich weiß, wie man einen Generator vor der Anschaltung ans Netz synchronisiert.
Hoffentlich fühlen Sie Sich nicht wieder auf den Schlips getreten.
Das soll natürlich auf keinen Fall Ihre Leistung und Ihr Bemühen hier auf EIKE schmälern!
[Nur an meine Nicht-Elektrotechnischen Leser – die Elektrotechniker kennen das: Ein Kabel muss sich nach dem Einschalten (anlegen von Spannung) erst aufladen. Vergleichsbeispiel: Ein langer Gartenschlauch muss nach dem Wasser-aufdrehen erst volllaufen, bevor hinten etwas rauskommt.
Wie bitte? Seit wann fallen die Elektronen nach dem Abschalten aus dem Leiter raus?
Hier eine bessere Erklärung:
https://www.ds.mpg.de/211240/04
Sehr geehrter Herr / Frau L.Stiller,
In Ihrem Link wird beschrieben:
„Doch dabei handelt es sich um das Wasser, das bereits in der Leitung stand.“
Die Erklärung von Vorgängen, die mit „Strom“ zu tun haben, lassen sich –ab-und-an- für Anfänger und Laien gut mit dem Strömen von Wasser erklären.
Haben Sie den von Ihnen angegeben Link selbst gelesen?
„Wie bitte? Seit wann fallen die Elektronen nach dem Abschalten aus dem Leiter raus?“
Hiermit wollen Sie wohl scherzen, denn das Wasser nicht Strom ist und hier auch nicht so gemeint ist, ist wohl jedem klar.
Daher möchte ich mit einer Gegenfrage kommen: „ Was macht das Licht im Kühlschrank, wenn die Tür zugeht?“