Nicht nur Windenergie lässt Netzfrequenz schwanken

Stromnetz Die Schwankung der Frequenz im Stromnetz hat verschiedene Ursachen.
Bild: Neumann

Das europäische Stromnetz zeigt alle 15 Minuten besonders starke Schwankungen. Dies ist genau der Zeitraum, in dem sich die Energiekonzerne auf dem Strommarkt in Europa auf eine neue Verteilung für die Erzeugung einigen und sich damit auch ändert, wo wie viel Strom in das Netz eingespeist wird. Damit wird deutlich, dass der Stromhandel in Europa einen wesentlichen Einfluss auf die Schwankungen der Netzfrequenz hat, zeigt eine aktuelle Untersuchung des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MIPDS) aus Göttingen.

Dafür haben die Forscher Messungen aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Finnland, Mallorca, Japan und den USA zusammengetragen. Ziel war es herauszufinden, welchen Einfluss die schwankende Stromeinspeisung von Wind- und Solarenergie auf die Netzfrequenz haben. Das europäische Stromnetz funktioniert mit einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Diese Frequenz wird meist mithilfe von Turbinen erzeugt wie zum Beispiel mit Wasser- und Kohlekraftwerken. Sie rotieren mit 50 Umdrehungen pro Sekunde. Entzieht ein großer Abnehmer wie z.B. ein Aluminiumwerk Strom, so sinkt die Netzfrequenz leicht ab, bevor eine gesteigerte Energieeinspeisung die vorherige Frequenz wiederherstellt.

Aber auch erneuerbare Energieerzeuger verursachen Schwankungen der Netzfrequenz, da der Wind nicht immer mit der gleichen Stärke weht oder Wolken für eine ständig schwankende Einspeisung durch Photovoltaikanlagen sorgen. Die Abweichungen von dem Sollwert 50 Hertz dürfen niemals zu groß werden, da sonst empfindliche elektrische Geräte beschädigt werden können. Bei einem höheren Anteil von erneuerbaren Energien mit schwankender Einspeisung wie z.B. der Windenergie werden Netzfrequenzänderungen häufiger, so die bisherige Meinung.

Überraschende Ergebnisse

Die systematische Analyse der Daten lieferte dazu interessante Ergebnisse:

  • Die durch Stromhandel hervorgerufenen Frequenzschwankungen im Netz scheinen bedeutender zu sein solche, die die Einspeisung erneuerbarer Energien verursacht.
  • Bei den Schwankungen der Netzfrequenz gibt es keine gleichmäßige Verteilung, sondern extreme Schwankungen.
  • Kleinere Netze wie auf Mallorca oder das britische Stromnetz zeigen stärkere Schwankungen als die größeren Netze, beispielsweise das Netz in Kontinentaleuropa.
  • Größere Schwankungen in der Frequenz treten in Netzen mit einem größerer Anteil an erneuerbaren Energien auf. So ist beispielsweise der Anteil der Wind- und Solarerzeugung in Großbritannien um ein vielfaches höher und auch die Schwankungen der Netzfrequenz sind deutlich größer als in den USA.
Um die Beobachtungen besser erklären zu können und die Planung eines zukünftigen, vollständig von erneuerbaren Energieerzeugern unterstützten Stromnetzes durchzuspielen, formulierten die Forscher ein mathematisches Modell für die Fluktuationen im Stromnetz. Mit Hilfe dieses Modells berechneten sie die erwarteten Schwankungen je nach Netzgröße und schätzen ab, wie sehr die Störungen von erneuerbaren Energien abhängen.


Bei einem höheren Anteil der erneuerbaren Energie empfehlen die Forscher eine verstärkte Investition in sogenannte Primärregelung und Demand Control, d.h. eine intelligente Anpassung der Erzeuger und Verbraucher an die Frequenz. 


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