Warum Unterfrequenz ein Problem darstellt
Das deutsche Stromnetz verwendet Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz zum Transport von elektrischer Energie. Für die Stabilität des Stromnetzes ist es wichtig, dass die tatsächliche Netzfrequenz um nicht mehr als 0,2 Hz von den nominellen 50 Hz abweicht. Sinkt die Netzfrequenz auf 49 Hz wird ein Teil der Verbraucher vom Stromnetz getrennt.
Warum ist das so?
Für die Beantwortung dieser Frage ist Verständnis für die Erzeugung elektrischer Energie hilfreich.
Wie elektrische Energie erzeugt wird
Ein Großteil der elektrischen Energie in Deutschland wird mit Dampfturbinen erzeugt die mit einem Generator verbunden sind. Kraftwerke verbrennen Kohle oder Gas oder nutzen die bei Kernspaltung frei werdende Energie zum verdampfen von Wasser. Der Wasserdampf wird dann über eine Turbine geleitet. Die Turbine dreht sich und mit ihr ein Generator der Wechselstrom erzeugt.
Die Drehzahl der Turbine hängt zum einen von der Menge des Wasserdampfes ab und zum Anderen von der Stromnachfrage. Mehr Wasserdampf erhöht die Generatordrehzahl. Eine höhere Stromnachfrage reduziert die Generatordrehzahl. Im folgenden ist es das Ziel die Menge an Wasserdampf so zu Regeln dass die erzeugte Leistung der nachgefragten Leistung entspricht. Entsprechen Erzeugung und Nachfrage einander dreht sich der Generator mit 3000 Umdrehungen/min bzw. 50 Hz.
In Realität ändert sich die Nachfrage nach elektrischer Energie ständig.
Warum die Netzfrequenz schwankt
Steigt die Nachfrage nach elektrische Energie plötzlich an, wird diese zunächst aus dem rotierenden Generator gedeckt. Wird die Menge an zugeführter Rotationsenergie jetzt nicht gesteigert, durch Erhöhung der Wasserdampfmenge, sinkt die Drehzahl des Generators. Der Generator wird abgebremst, die Netzfrequenz sinkt. Die aktuelle Netzfrequenz wird auf dieser Website angezeigt.
Für eine konstante Netzfrequenz muss die Wasserdampfmenge ständig geregelt werden. Das erfolgt durch den Einsatz von sogenannter Regelleistung oder auch Reserveleistung.
Zusammenfassend lässt sich sagen:
f < 50 Hz -> Erzeugung < Nachfrage
f > 50 Hz -> Erzeugung > Nachfrage
Unterfrequenz als Ursache für einen Blackout
Sinkt die Netzfrequenz immer weiter ab, kann eine Überlastung der Kraftwerke die Ursache sein. Eine Überlastung kann zu Beschädigungen am Kraftwerk führen und wird z.B. durch Lastabwurf vermieden. Für den Lastabwurf exisitiert in Deutschland ein 5-Stufen Plan.
Dieser sieht zunächst das stückweise trennen von Verbrauchern vom Stromnetz vor. Die letzte und extremste Maßnahme ist das trennen der Kraftwerke vom Stromnetz. Dies erfolgt beim absinken der Netzfrequenz auf 47,5 Hz.