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Schwarzstartfähigkeit von Stromerzeugern

Wasserkraftanlage Sandfang in Freiburg. Bild: Christoph Jehle

Wie kommt der Strom nach einem Blackout zurück ins Netz?

Die meisten heute betriebenen Stromerzeuger benötigen für den Betrieb ein funktionierendes Netz und sind somit nicht schwarzstartfähig. Da muss sich etwas ändern.

Bei einem Blackout kann in Geschäften nicht mehr bezahlt werden, da Kassensysteme sowie die Kartenlesegeräte nicht mehr arbeiten. Tankstellen können keinen Kraftstoff verkaufen, weil die Pumpen und die Abrechnungssysteme stillstehen. Bei der Bahn, die mit Einphasenwechselstrom fährt, hängt es in erster Linie davon ab, ob der Bahnstrom in eigenen Kraftwerken oder zumindest mit eigenen Turbinen erzeugt wird oder aus dem öffentlichen Netz stammt.

Beim Festnetztelefon hat die weitgehende Umstellung auf VoIP dazu geführt, dass bei einem Stromausfall als erstes der heimische Router den Dienst quittiert. Da könnte man zwar mit einer Unterbrechungsfreien Stromversorgung ein wenig Zeit gewinnen. Hat die Telekom jedoch in ihren Multifunktionsgehäusen keine Notstromversorgung installiert, geht auch dort gleich der Strom aus. Beim letzten Stromausfall meldete sich die Telekom per SMS, um mitzuteilen, dass das Festnetz ausgefallen sei. Die Übertragung von SMS-Mitteilungen über das Mobilnetz war noch problemlos möglich, die Sprachtelefonie zeigte hingegen deutliche Symptome einer Überlastung.

Welche Möglichkeiten bleiben, wenn der Strom ausfällt?

Krankenhäuser und vergleichbare Einrichtungen verfügen in der Regel über eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung und können mit Dieselstromgeneratoren auf Notstrombetrieb umschalten. Dies ist jedoch nur möglich, solange der Treibstoffvorrat ausreicht. Zu den Grundregeln für Stromkunden im Falle eines Netzausfalls zählt, dass man nicht alle möglichen Verbraucher einschaltet, um möglichst schnell zu sehen, wenn das Netz zurückkommt, sondern nur die, die unmittelbar von der Stromverfügbarkeit abhängig sind wie Kühl- und Tiefkühlschränke.

Warum zellulare Netze beim Neustart einen Vorteil haben

Eine kleine Energiezelle bietet hinsichtlich der Netzsicherheit und beim Neustarten eines ausgefallenen Netzes durchaus Vorteile, weil in einer solchen überschaubaren Zelle der Energiezufluss und der lokale Energiebedarf auf kleinstem Raum gemeinsam beobachtet und so behandelt werden können, dass die Abhängigkeit von einem Energiezufluss von außen minimiert werden kann. Jede Zelle trägt auf diese Weise zu einem stabilen Ganzen bei.

Zu Zeiten der zentralen thermischen Kraftanlagen war die Situation noch ein wenig anders, weil die Schwungmassen der konventionellen Großanlagen kurzfristige Ausfälle einfach "wegbügeln" konnten. Nicht ohne Grund werden in Deutschland Netz-Ausfälle mit einer Dauer von weniger als drei Minuten gar nicht erfasst und tauchen somit in der Verfügbarkeitsstatistik gar nicht auf. Mit der drastisch angestiegenen Zahl kleinerer Einspeiser hat sich die Netzstruktur inzwischen jedoch geändert, auch wenn die Energiewirtschaft sich darum bemüht, große Offshore-Windkraftanlagen so zu bündeln, dass sie faktisch wie ein Großkraftwerk auftreten.

Welche Kraftwerke sind schwarzstartfähig?

Praktisch alle PV-Anlagen funktionieren nur im Netz, das heißt, sie können nur dann Strom liefern, wenn ihr Wechselrichter eine Netzfrequenz ermitteln kann, mit welcher die erzeugte Stromenge moduliert werden muss. Klassischerweise erfolgt der Schwarzstart eines Netzes über ein Wasserkraftwerk mit einem Synchrongenerator, der ohne eine externen Erregerstrom starten kann. Ein Vorteil, den auch viele Pumpspeicherkraftwerke bieten. Auch Windkraftanlagen sind grundsätzlich schwarzstartfähig.

In der Praxis wird die jedoch zumeist an der Tatsache scheitern, dass diese Anlagen zumeist aus der Ferne betrieben werden und bei einem Stromausfall auch die Telekommunikationsverbindung ausfällt. Thermische Kraftwerke, egal ob konventionell befeuert oder mit Kernkraft betrieben, sind aufgrund der zahlreichen Nebenaggregate, die für den Betrieb und besonders den Betriebsstart benötigt werden, praktisch nicht in der Lage, für den Neuaufbau eines ausgefallenen Netzes zu sorgen.

Was kleine Kommunen für den Netzstart machen können

Im österreichischen Stubenberg [1], einer Gemeinde mit etwa 2.200 Einwohnern, hat man sich auf einen Blackout vorbereitet. Dabei wurden die vorhandene Technik, allen voran die Kleinwasserkraftwerke, so aufeinander abgestimmt, dass bei einem Blackout ein Funktionieren des Netzes auch ohne Anbindung an das übergeordnete Netz wieder aufgenommen werden kann. Die Gemeinde kam dabei die Tatsache zu Hilfe, dass bis vor wenigen Jahrzehnten jede Kleinwasserkraftanlage mit einem Synchrongenerator ausgestattet werden musste, um die Versorgung nach einem Netzausfall schnellstmöglich wieder aufnehmen zu können.

Die Wasser- und Biomassekraftwerke in Stubenberg produzieren seit Jahren deutlich mehr Strom, als in der Gemeinde gebraucht wird. Der Eigenerzeugungsanteil soll zusammen mit den PV-Anlagen mehr als 200 Prozent des Bedarfs innerhalb der Gemeinde betragen. Stubenberg ist die erste österreichische Gemeinde, die sich umfassend auf einen Blackout vorbereitet hat.Tritt künftig ein Netzausfall im übergeordneten Netz ein, kann die Gemeinde eine 20-kV-Insel aufbauen und somit neben der Stromversorgung auch die Wasser-, die Wärmeversorgung und die Abwasserentsorgung aufrechterhalten.

In Deutschland wird zwar immer wieder über das Blackoutrisiko in der öffentlichen Stromversorgung diskutiert, das Thema Schwarzstart scheint dabei ebenso wie ein zellularer Netzaufbau jedoch bislang kaum berücksichtigt zu werden. Wer ein Stromnetz nach einem Ausfall jedoch wieder aufbauen will und nicht von der Verfügbarkeit der übergeordneten Netze abhängig sein will, kommt um das Thema Schwarzstart und die entsprechende vorbereitende Simulation nicht herum.

Das mit der Energiemarktliberalisierung erfolgte Unbundling, welches den Netz- vom Kraftwerksbetrieb getrennt hat, mag die Entwicklung der Energiemärkte zwar gefördert haben, die für das Hochfahren eines Netzes notwendige Zusammenarbeit wird durch das Unbundling jedoch eher behindert und sollte möglichst bald auf den Prüfstand gestellt werden, wenn man die Energiewende doch noch erfolgreich umsetzen will.



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[1] https://www.kleinwasserkraft.at/fileadmin/PDF/Magazine/wasserkraft_59_marz_2018_sicht_final.pdf