Warum el. Energie speichern ?

"Input" und "Output" bleiben "elektrisch"
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Warum el. Energie speichern ?

Ungelesener Beitrag von admin » 10.07.2019, 11:47

Klingt wie überflüssig das zu fragen.

Doch das ganz "normale Stromnetz" liefert nur dann und solange el. Strom, wie die dazu benötigten Kraftwerke Strom generieren. Schaltet man diese ab, wird damit auch der Stromfluss sofort unterbrochen. Anders, als z.B. bei dem Gasnetz, dessen Rohre ja mit Gas gefüllt sind, wird in den elektrischen Leitungen keinerlei Strom "zurückbleiben", wenn man die "Stromerzeuger" abschaltet.

Trennt man in einem Stromnetz die Stromerzeuger vom Netz, macht so das Stromnetz "spannungsfrei", kann das Netz selbst grundsätzlich keinerlei Energie speichern. Da jedoch die meisten Kraftwerkstypen ohne "Fremdenergie" nicht wieder gestartet werden können - also nicht "schwarzstartfähig" sind, stellt dieser Zustand ein großes Problem dar.

Was ist ein Schwarzstart?
next-kraftwerke.de hat geschrieben:Definition
Bei einem Stromausfall („blackout“) sind nur bestimmte Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke in der Lage, die Stromversorgung vollständig autonom wiederherzustellen. Denn nur sie können Strom produzieren, den andere versorgungsrelevanten Kraftwerke zum Wiederanfahren benötigen – sie funktionieren gewissermaßen wie eine Starterbatterie im Auto. Weil diese Kraftwerke oder Kraftwerksblöcke hierzu keine externe Energie benötigen, nennt man dieses Phänomen einen Schwarzstart („black start"); die entsprechenden Anlagen sind schwarzstartfähig.
Doch wo und wie, wird derzeit noch el. Energie gespeichert um ggf. wie eine "Starterbatterie" fungieren zu können ?

Da fallen den meisten sofort sog. "Pumpspeicherkraftwerke" ein. In dem verlinkten Beitrag werden weltweit 530.000 Standorte "Global pumped hydro atlas" genannt bzw. verlinkt.
WIKI Pumpspeicherkraftwerke hat geschrieben:In Deutschland ist eine Pumpspeicherleistung von etwa 7 GW (Gigawatt) installiert (siehe Liste der Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland). Die Kraftwerke sind für eine Stromlieferung von täglich 4–8 Stunden ausgelegt. Daraus ergibt sich eine Gesamtspeicherkapazität von etwa 40 GWh (Stand 2010). Im Jahr 2006 erzeugten die deutschen Pumpspeicherkraftwerke 4.042 GWh elektrischer Energie; das ist ein Anteil von rund 0,65 % der Stromerzeugung. Dem stand eine Pumparbeit von 5.829 GWh gegenüber, sodass der durchschnittliche Wirkungsgrad bei etwa 70 % lag
Von einer vergleichbar geringen Menge der derzeit vorhandener Pumpspeicherkraftwerke, existieren in D (noch) keine ausreichenden Speicherkapazitäten. Wichtig, Pumpspeicherkraftwerke gehören zu den wenigen Kraftwerkstypen die schwarzstartfähig sind.

Über das europäische Verbundnetz können auf Pumpspeicherkraftwerke in anderen Ländern zugegriffen werden - sofern der "Gleichzeitigkeitsfaktor" dies erlaubt.

Sämtliche sonstigen derzeitigen "Speicher" stellt die gebunkerten Kohle die neben den Kohlekraftwerken als Vorrat liegen (meist importierte Steinkohle) oder die noch vorhanden Braunkohle in den Tagebaubetrieben. In geringerem Maß stellen die Brennstäbe in den AKW, ebenfalls ein (noch) nutzbaren Energiespeicher dar.

Ohne die zugehörigen Kraftwerke - sind all diese "Speicher" - nicht mehr vorhanden. Das diese eine Doppelfunktion haben, zugleich also "Generator" UND "Speicher" sind, kann man wohl kaum abstreiten. In dieser Doppelfunktion ist die Kohlehalde ohne Kraftwerk nutzlos und umgekehrt gilt das Gleiche. EE (hier WKA & PV) denen selbst jede Speicherfunktion fehlt, können zwar das generieren von Strom leisten, sind aber nur "bedingt" schwarzstartfähig (Sonne bzw. Wind müssen aber in einem ausreichenden Maß vorhanden sein). Fehlende Regelstrukturen um deren Energie ggf. wieder gezielt mit dem stromlosen Netz zu verbinden, fehlen derzeit noch völlig. Bei PV-Anlagen ist deren "Schwarzstartfähigkeit" naturgemäß auf die Tageszeit in Kombination mit der Jahreszeit beschränkt. Eine Problematik, auf die noch gezielt eingegangen werden muss.

Bleiben noch die über Erdgas betrieben Kraftwerke übrig, wobei besonders die Gasturbinenkraftwerk, noch längere Zeit für die notwendigen Eingriffe zur Netzstabilisierung (Frequenzstabilisierung) unverzichtbar sein werden.

Sie spielen wegen ihrer "Schwarzstartfähigkeit" - vorausgesetzt sie sind sinnvoll dezentral verteilt - noch solange eine wichtige Rolle, bist die Zahl der (noch) nicht vorhanden "anderen" Speichersysteme, diese Funktion zuverlässig ersetzen kann.

Wie schwierig hier die "richtige Entscheidung" sein kann, soll die folgende Grafik zu den unterschiedlichen Speichervermögen deutlich machen :
Speichervergleich.jpg

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Warum und wie el. Energie speichern ?

Ungelesener Beitrag von admin » 20.10.2019, 16:49

Um nochmal auf die Frage "kann das el. Verteilungsnetz Energie speichern" einzugehen. :?

Im aktuellen "Strom-Netz" befinden sich über die unterschiedlichen Wärmekraftwerkstypen eine große Zahl "rotierender Maßen". Diese reagieren in Grenzen auf Lastveränderungen im "Netz". Ein "Speicher" im Sinne einer Batterie, ist diese "Momentanreserve" leider nicht.

Über die Netzfrequenz von 50Hz sind alle Generatoren miteinander verbunden. Einmal auf Drehzahl gebrachte Generatoren sind über die gemeinsame "Generator-Turbinen - Welle" von den Frequenzschwankungen beeinflusst. Bei Belastungen durch Laständerungen im Verbundnetz, wirkt diese Form der Laständerung wie ein Abbremsen aller aktiven "Turbine-Generator Gespanne". Die in der Rotationsenergie enthaltene Energie wirkt dieser Veränderung dämpfend entgegen. Gibt der einzelnen Turbinenregelung Zeit sich entsprechend anzupassen. Dieser Vorgang läßt die Frequenz absinken.

Das Gegenteil - Last wird "abgeworfen" (verringert) bewirkt ein kurzes Ansteigen der Drehzahl, gibt auch hier den einzelnen Turbinenregelung Zeit sich entsprechend anzupassen. Dieser Vorgang läßt die Frequenz ansteigen.

So haben diese rotierende Massen ( Turbine-Generator Gespanne) eine natürliche Tendenz beide Vorgänge dynamisch zu dämpfen. Das diesen Vorgängen recht enge Grenzen gesetzt werden müssen, erklärt sich aus der Tatsache, das schon die Wellen von Kraftwerksturbinen können bis zu 60 m lang sein und inklusive Turbosatz mehrere 100 Tonnen wiegen. Je nach Polzahl des Generators können Drehzahlen bis 3.000/min vorliegen. Da bleibt wenig "Spiel" für höhere Drehzahlen bei Lastverringerung. Wenn schon im Normalbetrieb eventuell die Schaufelspitzen der Turbine mit 500 m/s (1,5 fache Schallgeschwindigkeit) rotieren, sollte klar sein, wie wenig mehr die Drehzahl steigen kann, bevor sich die Turbine explosionsartig zerlegt.

Umgekehrt, wenn die Netzfrequenz sinkt und dann wie eine gigantische "Bremse" auf das Turbine-Generator Gespanne wirkt, muss ein solcher zerstörerischer Vorgang durch Ansteigen der Last (= sinken der Frequenz) verhindert werden. Das bedeutet bei 47,5 Hz :shock: eine Notabschaltung aller davon betroffenen Kraftwerke - gleichbedeutend ist das ein sog. "Blackout" und da wir uns alle im selben Verbundnetz befinden, durchaus ein "europaweiter Blackout". ↓

Für sehr kurze Zeit retten die rotierenden Maßen das Verbundnetz vor einem solchen Blackout. Ist die Zeit in der dieses Ereignis stattfindet zu kurz um über die dafür vorgesehenen Regelmechanismen zu reagieren, ist ein europaweiter Blackout unweigerlich die Folge.

Dieses PDF Quelle : Uni Stuttgart "Einfluss reduzierter rotierender Masse auf den Netzbetrieb (reduMa)" gibt einen Einblick in die Verhältnisse die sich ohne entsprechende Speicherkapazitäten und dem Einfluss von EE ergeben werden.

Entgegen einiger naiver Vorstellungen, ist das Verbundnetz in keinem Fall als "Speicher" zu betrachten. Gern kann man das Ganze als gigantische "Schwungradspeicherung" sehen - leider ist die noch nutzbare Energie nach spätestens einer Sekunde verbraten - danach wird es dunkel ....

Die "Grenzwertewerte" der obern / unteren Frequenz liegen bei ↑ 52,5 Hz ... 47,5Hz↓

Schwungradspeicher benötigen erhebliche Massen - um 10 kWh werden je nach Technologie 200 ... 2.000 kg Schwungmasse benötigt. Die "Energiewende" wird also um eine große Anzahl von "schellen Speichern" nicht herumkommen. Welche das sein können, darum geht es hier auch.

*) die Frequenzanzeige oben bietet auch wichtige Informationen, wann, welche Maßnahme greift... ;)

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