[Kurzmitteilung]: Der kurze, starke Einbruch in der Netzfrequenz heute um 18:32 Uhr war kein Messfehler – wie ausser mir sicherlich mehrere gedacht haben. Alle Messgeräte haben die gleichen Werte. Hier ein Bild mit dem Mittelwert aus den jeweiligen Sekunden über alle Messgeräte:
Kurzer Einbruch der Netzfrequenz
Derartige Einbrüche (besonders den kurzen Zeitraum mit sofortigem Anstieg) konnte ich bisher selten beobachten.
Am 28. März 2015 findet wieder die jährliche Earth Hour statt. Ab 20:30 Uhr werden überall auf der Welt für eine Stunde die Lichter ausgeschaltet, um damit ein Zeichen für den Klimaschutz zu setzen.
Da Stromerzeugung und Verbrauch immer im Gleichgewicht sein müssen – ein Ungleichgewicht würde sich unter anderem an der Netzfrequenz ablesen lassen -, würde das massenhafte Abschalten von Verbrauchern bedeuten, dass plötzlich ein Erzeugungsüberschuss auftritt und die Netzfrequenz steigt. Die letzten Jahre haben aber gezeigt, dass es keine Auswirkungen auf die Netzfrequenz gab.
Durch das Abschalten der Beleuchtung für eine Stunde wird auch nicht wirklich Energie eingespart, es ist aber eine schöne Aktion, um auf den Klimaschutz hinzuweisen und die Notwendigkeit für verantwortungsbewussten Energieverbrauch wieder in die Köpfe zu bringen.
Die Sonnenfinsternis vom 20. März 2015 wurde besonders mit Sicht auf die Stabilität der Stromversorgung mit Spannung erwartet. Einen Blackout gab es nicht* – und eine Betrachtung der Netzfrequenz des Tages zeigt, dass die Stromversorgung auch zu keinem Zeitpunkt gefährdet war (zumindest, was den Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch angeht):
Die Netzfrequenz während der Sonnenfinsternis am 20. März 2015
Es ist zu erkennen, dass die Netzfrequenz zu Beginn der Sonnenfinsternis langsam etwas heruntergeht. Das hängt mit der nachlassenden Einspeisung durch die Photovoltaik zusammen. Nach und nach werden (konventionelle) Kraftwerke zugeschaltet, um die fehlende Solarenergie zu ersetzen. Nach der größten Bedeckung der Sonne werden innerhalb einer Stunde wieder 15GW durch Solarenergie mehr in das Netz eingespeist und die konventionellen Kraftwerke wieder heruntergefahren. Kraftwerke werden hauptsächtlich im Viertelstundentakt zu- und abgeschaltet, daher die häufigen Spitzen.
Netzfrequenzanzeige für Mobilgeräte
Die Sonnenfinsternis am 20. März 2015 wird die Energieversorger vor eine gewisse Herausforderung stellen. Ob sie diese Herausforderung meistern, wird sich sehr gut an der Netzfrequenz ablesen lassen. Um die Netzfrequenz während der Sonnenfinsternis auch „ausser Haus“ gut beobachten zu können, gibt es jetzt auch eine Echtzeitanzeige mit einer für mobile Endgeräte optimierten Darstellung:
http://www.netzfrequenz.info/mobile/mobile.html
Die größten in den letzten Jahren beobachteten Abweichungen lagen bei ungefähr +/-0,15Hz. Um diesen Bereich – und noch etwas mehr – abzudecken, liegt der Anzeigebereich der Anzeige zur Netzfrequenz bei 49,8Hz bis 50,2Hz. Ich gehe nicht davon aus, dass der Zeiger diesen Bereich am 20. März ausnutzen wird.
Da sich Strom nicht in relevanten Größenordnungen speichern lässt, muss immer genau so viel erzeugt wie verbraucht werden. Ein Ungleichgewicht macht sich in der Netzfrequenz bemerkbar. Bei einer zu hohen Einspeisung steigt die Netzfrequenz über ihren Sollwert von 50Hz und bei einer zu niedrigen sinkt sie unter den Sollwert. Studien gehen davon aus, dass wegen der Sonnenfinsternis durch den Wegfall der Solareinspeisung mit einer Differenz von bis zu 18,5GW zu rechnen ist. Selbst diese hohe Differenz lässt sich im Normalfall sehr gut ausgleichen, die Herausforderung ist in diesem Fall aber die Änderungsgeschwindigkeit. Im Gegensatz zum Sonnenauf- und Untergang fällt die Solareinspeisung sehr plötzlich weg und setzt auch sehr plötzlich wieder ein.
Eine Veränderung von 18,5GW würde sich ohne Gegenmassnahmen in der Netzfrequenz mit einer Differenz von ungefähr +/- 1Hz bemerkbar machen. Bei einem Wegfall würde sie auf 49Hz absinken und bei dem plötzlichen Zuschalten einer derartigen Leistung könnte die Frequenz auf 51Hz steigen. Theoretisch wären sogar diese Frequenzwerte möglich, ohne dass gleich das komplette Stromnetz zusammenbricht. Erst ab einer Frequenz unter 49Hz wird „Last abgeworfen„, also einzelne Bereiche (z.B. Städte) von der Stromversorgung getrennt. Bei einem zu hohen Anstieg der Frequenz reduzieren Solaranlagen automatisch ihre Einspeisung, wodurch das mögliche Problem einer zu starken Einspeisung zum Ende der Sonnenfinsternis abgeschwächt wird. Das 50,2Hz-Problem sollte durch die Änderungen in der letzten Zeit zum Glück nicht mehr auftreten. Dafür gibt es aber noch das 49,5Hz-Problem, da sich bei diesem Wert viele einspeisende Anlagen vom Netz trennen.
So viel zur (stark vereinfachten) Theorie zum Bereich der Netzfrequenz. Es gibt natürlich noch weitere Parameter neben der Frequenz, die hier bedacht werden müssen. Aber da die Energieversorger schon seit Ewigkeiten von diesem Ereignis wissen, werden sie es sicherlich gut im Griff haben und ich wage die Prognose, dass sich die Sonnenfinsternis nicht signifikant auf die Netzfrequenz auswirken wird.
In den Rasterdiagrammen zur Netzfrequenz zeigen sich so gut wie keine Veränderungen im Laufe der Zeit. Eigentlich ist das ein gutes Zeichen, lediglich die Sichtbarkeit des Stromhandels an den Stundengrenzen könnte sich gerne verringern. Es zeigt aber, dass die Mechanismen zur Frequenzhaltung funktionieren. Bei Abweichungen der Netzfrequenz wird Regelleistung eingesetzt, um die Frequenz wieder auf ihren Sollwert von 50Hz zurück zu führen. Zuerst beteiligen sich alle Kraftwerke im gesamten Verbundnetz durch den Einsatz von Primärregelleistung (PRL). Diese PRL wird kurze Zeit später von der Sekundärregelleistung (SRL) eingesetzt – wobei hier nur die für die Abweichung verantwortliche Regelzone für den Einsatz von SRL zuständig ist. Hier ist interessant, in welcher Größenordnung die Regelleistung im Laufe der Zeit eingesetzt wurde und ob es (im Gegensatz zum Verlauf der Netzfrequenz) Veränderungen gibt. Daten zur PRL gibt es nicht, aber viertelstündliche Daten zur abgerufenen SRL sind über regelleistung.net beziehbar.
Die folgenden Bilder zeigen – änhlich wie in den Rasterdiagrammen zur Netzfrequenz – den Langzeitverlauf der abgerufenen SRL. Zunächst ein Diagramm mit addierten Werten (positive SRL minus negative SRL), für eine bessere Darstellung und Vergleichbarkeit wurden die Maximalwerte in sämtlichen Rasterdiagrammen auf 2000MW begrenzt:
Rasterdiagramm zur abgerufenen Sekundärregelleistung von Juni 2011 bis Februar 2015 (Datenquelle: regelleistung.net / Darstellung: Netzfrequenz.info; Markus Jaschinsky)
Der Sollwert der Netzfrequenz beträgt 50Hz. Je nach Einspeisung und Verbrauch weicht die Netzfrequenz allerdings etwas von diesem Wert ab. Da Strom nicht (bzw. nur in sehr geringem Umfang) gespeichert werden kann muss immer genau so viel Strom erzeugt werden wie auch verbraucht wird. Ein Ungleichgewicht macht sich in der Netzfrequenz bemerkbar. Diese Abweichungen sind nicht schlimm, sondern Regelungstechnisch sogar notwendig, solange sie einen bestimmten Toleranzbereich nicht überschreiten (siehe auch die Erklärungen hier). In den fast 4 Jahren, die ich schon die Netzfrequenz aufzeichne, lag die maximale, kurzfristige Abweichung bei ungefähr +/- 150mHz, also noch völlig im erlaubten Bereich (langfristig wären bis zu +/- 180mHz erlaubt).
Diese Abweichungen sind nicht zufällig verteilt, sondern folgen bestimmten Ereignissen:
Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis Februar 2015
Deutlich zu erkennen ist eine Wiederholung in den Abendstunden. Hier liegt die Netzfrequenz zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs eher unter 50Hz und ist zu den Stundenwechseln stark erhöht. Auch in den Morgenstunden – zum Sonnenaufgang – zeigt sich ein ähnliches Bild. Etwas undeutlicher zu erkennen ist das Muster zur Mittagszeit, aber hier zeigt sich bei genauerem Hinsehen ein Muster, welches der Höhe des Sonnenstands zu folgen scheint. Diese Abhängigkeiten von der Sonne liegen nicht (nur) an der Einspeisung durch Photovoltaik. Vielmehr ist (auch) das Verhalten der Energieverbraucher ein Grund dafür. In den Wintermonaten wird früher das Licht eingeschaltet, das Heiz- und Kühlverhalten (Klimaanlagen) verändert sich und man hält sich eher zu Hause auf als es in den Sommermonaten der Fall ist – wodurch sich natürlich auch der Energieverbrauch ändert.