Das spanische Stromnetz ist längst nur noch so stabil wie ein Kartenhaus. Und dafür, wie schnell dieses Kartenhaus zusammenfallen kann, war der letzte Blackout ein warnendes Beispiel.
Inzwischen gibt es etliche Theorien, warum es zu einem Stromausfall in Spanien kam – je nach Befürworter oder Kritiker von wetterabhängigen Energien. Eigentlich ist es ziemlich egal, welche Karte bei einem Kartenhaus zuerst gezogen wird. Entscheidend ist die absehbare Stabilität. Je wackeliger der Turm ist, um so wahrscheinlicher ist der Zusammenbruch.
Aus dem spanischen Stromnetz ist längst ein Kartenhaus geworden. Eine gute Abschätzung bietet das Verhältnis zwischen installierter Leistung und jährlicher Stromproduktion. Nach den Angaben des spanischen Übertragungsnetzbetreibers Red Eléctrica machten die „erneuerbaren“ Energien 66 Prozent der installierten Leistung (gesamtes Netz in Spanien 128.987 MWel Netto in 2024) aus, aber nur 42 Prozent der Produktion (Spanien gesamt 262.246 GWh in 2024). Es lohnt sich, die Tabelle im Originalartikel etwas näher zu betrachten.
Inzwischen ist mehr als die Hälfte der installierten Leistung im spanischen Netz wetterabhängig (Wind und Sonne). Hinzu kommt noch die jahreszeitlich schwankende Wasserkraft. Damit ergibt sich ein neues Phänomen, die sogenannte „Hellbrise“. Hat es sich inzwischen rumgesprochen, dass es nachts dunkel ist und damit die Solarenergie stets Null ist, dringt nur langsam der Zusammenhang zwischen Ausbau der Photovoltaik und Störung der Netze ins Bewusstsein. Es kommt auf die insgesamt installierte Leistung (Windmühlen und Sonnenkollektoren) an. Der Natur ist das schlichtweg egal. Wenn der Wind weht, dreht er alle Windmühlen, wenn die Sonne scheint, produzieren alle Sonnenkollektoren entsprechend Strom. Das Problem hierbei sind die Verbraucher. Das Netz kann nur exakt so viel elektrische Leistung vertragen, wie gerade verbraucht wird. Der Netzbetreiber kann nur eingeschränkt reagieren.
Wind und Sonne sind nicht regelbar!
In der guten alten Zeit war die Sache relativ einfach. Aus Erfahrung kannte man die benötigten Leistungen ziemlich genau (Tages-, Jahreszeit, Sportereignisse usw.). Man konnte sich für jeden Moment aus dem vorhandenen Kraftwerkspool den kostengünstigsten Mix zusammenstellen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die einseitige Richtung: „Störgröße“ waren faktisch nur die Verbraucher. Da alle Kraftwerke regelbar waren, war es relativ einfach, durch Einsatzplanung und Steuerungstechnik das Netz stets stabil zu halten.
Wie anders die Situation heute ist, hat der Blackout in Spanien gezeigt. Heute sind nicht mehr die recht gut vorhersagbaren Verbraucher die bestimmende Störgröße, sondern das höchst wankelmütige Wetter. Wind und Sonne sind nicht regelbar! Das wussten schon unsere Vorfahren seit tausenden von Jahren. Die einzige Möglichkeit wäre bei Überproduktion, Anlagen abzuschalten. Das wiederum ist technisch schwierig (Extremfall: Die unzähligen Balkonkraftwerke) und ideologisch nicht gewünscht. Würde man sich nur auf das schmale Fenster zwischen kein Strom (Flaute, Dunkelheit) und noch weniger, als im Netz gerade nachgefragt wird, beschränken, wären wetterabhängige Energien noch unwirtschaftlicher.
Elektrische Energie ist nun mal keine Kohle, Öl oder Uran. Sie lässt sich großtechnisch nicht speichern. Auch das sozialistische Geschwafel von der neuen Gesellschaft mit „dargebotener Energie“ ist nicht gewollt. Wer will schon zurück ins vorindustrielle Zeitalter? Die Probleme fangen aber schon heute an. Die Tabelle im Originalartikel zeigt die Situation der spanischen Kernkraftwerke unmittelbar vor dem Blackout.
Von den sieben spanischen Kernkraftwerken waren nur noch vier am Netz. Kernkraftwerke sind zwar die am schnellsten regelbaren Kraftwerke überhaupt, wenn man sie aber geplant vom Netz nimmt, spielt man ganz offensichtlich mit einem Stromausfall. Wenn dann plötzlich etwas passiert – man spricht von etwa zwei Gigawatt, die im Netz wegbrachen –, kann man nur noch mit Abwurf bis zum kompletten Netzzusammenbruch reagieren.
Hinzu kommen noch eine ideologische und eine technische Besonderheit. Die Ideologie will um jeden Preis CO2 einsparen. In Folge fährt man besonders Kohlekraftwerke runter. Müllverbrennung geht nicht, weil deren Aufgabe die Müllverbrennung (chemisch anspruchsvoll und träge) ist – der gewonnene Dampf ist eigentlich Kühlmittel für den Verbrennungsofen. Kraft-Wärme-Kopplung ist (zumindest bei industrieller Anwendung) ebenfalls nur stark eingeschränkt regelbar. Im Vergleich sind Gaskraftwerke weit weniger stabilisierend für das Netz als Kernkraftwerke. Der Frequenzgradient hängt wesentlich vom Bruch des Leistungssprunges ∆ P (zum Beispiel plötzliche Störung) zu der Netzanlaufzeitkonstante TAN des Netzes ab. Der zulässige Frequenzgradient bestimmt die erforderliche Momentanreserve im Netz bzw. Teilnetz. (siehe Tabelle im Originalartikel)
Die sogenannte Momentanreserve ist beim konventionellen Stromnetz systeminhärent. Wenn der Energieverbrauch plötzlich zu- oder abnimmt, kommt es zu Frequenzschwankungen. Entsprechend werden durch ihre Trägheit alle Generatoren konventioneller Kraftwerke abgebremst oder beschleunigt. Was sie dabei an Bewegungsenergie verlieren bzw. aufnehmen, wird zu fast 100 Prozent in das elektrische Stromnetz abgegeben bzw. ihm entzogen.
„Negative Strompreise“
So werden kürzere Frequenzschwankungen von wenigen Sekunden durch die Trägheit dieser rotierenden Generatoren instantan (sich sofort auswirkend) systeminhärent (dem System Stromnetz innewohnend) gedämpft. Sobald die Frequenzabweichung einen Wert von ± 0,02 Hz überschreitet, wird die Primärregelung aktiviert (kurzfristige Leistungserhöhungen oder -senkung von Kraftwerken). Bei einer andauernden Abweichung von mehr als 30 Sekunden kommt es zur Aktivierung der Sekundärregelung. Das Frequenzband von 50 Hz darf in Kontinentaleuropa kurzzeitig nur um ± 0,8 Hz bzw. ± 0,2 Hz stationär über- bzw. unterschritten werden. Die Abweichungen von der Sollfrequenz lösen strukturierte Sicherheitsabschaltungen aus.
Diese sollen als letztmögliche Maßnahme das Gleichgewicht aus Erzeugung und Verbrauch wiederherstellen. Gelingt dies nicht, kann es zu unstrukturierten Notabschaltungen und im schlimmsten Fall zu einem Blackout kommen. Bei einer Netzfrequenz unter 47,5 Hz können bei Synchrongeneratoren Resonanzschwingungen auftreten, die zur mechanischen Zerstörung des Generators führen können. Deshalb müssen solch starke Frequenzabweichungen unbedingt vermieden werden – Zwangsabschaltung des Kraftwerks wird notwendig. Bisher wurde von einer erforderlichen Momentanreserve im europäischen Verbundnetz von 3.000 MW ausgegangen, damit Last- bzw. Erzeugungssprünge aufgefangen werden können.
Wegen dieses Zusammenhangs ergeben sich aus der aktuellen Last, die gerade im Netz anliegt (Wochentag, Feiertag, Tageszeit), und der dafür erforderlichen Momentanreserve die „negativen Strompreise“. Der Bedarf kann nicht ausschließlich durch die wetterabhängigen Energien gedeckt werden, sondern es müssen für die erforderliche Momentanreserve immer die entsprechenden konventionellen Kraftwerke „unter Dampf“ mitlaufen – der vermeintliche Überschuss muss entsorgt werden. Kann man seinen Überschuss nicht beim Nachbarn Frankreich mit seinen Kernkraftwerken entsorgen und dadurch Momentanreserve borgen, kommt es unweigerlich und unabhängig vom eigentlichen Auslöser zu Zwangsabschaltungen (Brownout). Geht das nicht schnell genug, ist ein Blackout des gesamten Netzes (Spanien und Portugal) nicht mehr zu vermeiden. Dies ist das eigentliche Menetekel für Deutschland. In jeder Stunde mit negativen Preisen bestand die akute Gefahr von Zwangsabschaltungen. Irgendwann ist unseren Nachbarn die Entsorgungsgebühr (negativer Strompreis) nicht mehr hoch genug für das übernommene Risiko.
Die Kosten des spanischen Blackouts werden auf mehrere Milliarden geschätzt
Die Zeit für Diskussionen geht langsam zu Ende. Je mehr (wilder) Zubau von Wind und Sonne, bei gleichzeitiger Abschaltung konventioneller Kraftwerke, desto näher rückt die Stunde der Wahrheit.
• Sofortige Abschaffung des Privilegs der bevorzugten Einspeisung.
• Vorschrift von möglichen Abschaltvorrichtungen bei den Erzeugern. Nur die Netzzentrale kann entscheiden, wer gerade wie viel elektrische Leistung einspeisen darf. Dies gilt auch für vermeintlich kleine Anlagen (Balkonkraftwerke), da sie durch ihre Stückzahl Netzabschnitte überlasten können.
• Negative Strompreise – mit anderen Worten: Es wird mehr elektrische Energie eingespeist, als nachgefragt wird – sind ausschließlich auf die Betreiber von Windmühlen und Photovoltaik umzulegen. Es gilt auch hier das Verursacherprinzip: Wer etwas produziert, das gar nicht nachgefragt wird, kann dafür auch keine Vergütung beanspruchen. Zurück zur Marktwirtschaft.
• Die Zeit der Abschaltung konventioneller Kraftwerke aus ideologischen Gründen ist vorbei. Ebenso das Schmarotzen von Momentanreserve durch Wind- und Solaranlagen. Zumindest größere Anlagen müssen durch – sehr teure – Kompensationsanlagen nachgerüstet werden.
• Die Verschleierung der tatsächlich verursachten Kosten wetterabhängiger Energien durch „Netzentgelte“ muss eingestellt werden. Nur bei Kostentransparenz lassen sich sinnvoll Entscheidungen für Investitionen treffen. Warum eigentlich muss ein Verbraucher Anschlussgebühren und Leistungspreise zahlen, der Windmüller oder Sonnenbaron aber, wälzt die Kosten, die er verursacht, auf die Allgemeinheit ab? Hier findet eine gigantische Umverteilung von unten nach oben statt.
• Warum müssen zum Beispiel Kernkraftwerke zwangsweise gegen Schäden, die sie verursachen, versichert sein? Windmüller oder Sonnenbarone aber nicht? Die Kosten des spanischen Blackouts werden auf mehrere Milliarden geschätzt. Jeder kleine Autofahrer muss im Gegensatz dazu eine (risikoabhängige) Haftpflichtversicherung haben.
Dr. Klaus-Dieter Humpich studierte Maschinenbau und Energie- und Verfahrenstechnik mit Schwerpunkt Kerntechnik, bevor er zehn Jahre am Institut für Kerntechnik in der Technischen Universität Berlin arbeitete. Seit 20 Jahren ist er freiberuflich im Bereich Energietechnik tätig. Dieser Beitrag erschien zuerst auf seinem Blog.
Von Klaus Dieter Humpich und Manfred Haferburg erschien in der Achgut-Edition das Buch
Atomenergie – jetzt aber richtig
Das Nachwort stammt von dem Wissenschaftsphilosophen Michael Esfeld. Sie können das Buch hier in unserem Shop bestellen,
Zum Inhalt des Buches: Es ist keine Frage ob, sondern lediglich wann „die dümmste Energiepolitik der Welt“ (wallstreet-Journal) – in Deutschland euphemistisch „Energiewende“ genannt – beerdigt wird. Und was dann? Überall auf der Welt werden längst wieder die Weichen für die Kernenergie gestellt, CO2-frei wie bisher, aber intelligenter, resilienter, mobiler und preiswerter als je zuvor. Die Atomenergie kann auch hierzulande der Nukleus für einen neuen Wohlstand sein, auch diese Einsicht wird sich unter der Last des Faktischen durchsetzen. Die beiden Energieexperten Manfred Haferburg und Klaus Humpich analysieren den deutschen Irrweg und zeigen Wege aus der Sackgasse. Dieses Buch ist ein Almanach der Vernunft für alle, die in Deutschland erfolgreich wirtschaftlich tätig sind und damit fortfahren wollen.
Zum Blackout-Problem gibt es Neues. Dazu das Video von dem Bayern im Kanal OutdoorChiemgau.
„Wind und Sonne sind nicht regelbar!
In der guten alten Zeit war die Sache relativ einfach. Aus Erfahrung kannte man die benötigten Leistungen ziemlich genau (Tages-, Jahreszeit, Sportereignisse usw.). Man konnte sich für jeden Moment aus dem vorhandenen Kraftwerkspool den kostengünstigsten Mix zusammenstellen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die einseitige Richtung: “Störgröße„ waren faktisch nur die Verbraucher. “
1. Nicht regelbare WKA oder PVA sind sofort (!) außer Betrieb zu nehmen, bis sie vom Netzbetreiber regulierbar sind.
2. EE-Stromerzeuger werden wie klassische Stromerzeuger behandelt: sie haben eine XX% Liefergarantie zu erfüllen. Wie sie das technisch erfüllen: selber schuld!
3. Ich empfehle den youtube-Vortrag zum „Iberout“ ,speziell den 3. Teil („Blackout Spanien – Ursachenforschung (Teil 3)“).
Das EE-Netzchaos macht aus einer generationenlang stabilen Energie-Infrastruktur einen kaum regulierbaren „Wackelpudding“ (Zitat Dr.-Ing. habil Michael Fette).
Für mich persönlich schließe ich aus, dass dies von „Transformationsträumern“ wie „Don Patrick“ (capo des Graichen-Clans) oder dem Kinderbuch-Co-Autor Dr. Robbie Habeck auch nur im Ansatz verstanden wird (ging mir aber auch nicht anders), aber die Metapher „Wackelpudding“ ist selbst erklärend!
Und das Highlight von Dr.-Ing. Fette: Solange es keine (!!) Verbrauche gibt, bleibt das EE-Chaosnetz vergleichsweise stabil (bis auf die regelmäßig vorzeitig abbrennenden Trafos…).
Sobald dann aber morgens die Verbrauchen dazustoßen – knallt es!!
…und abends bei Feierabend wieder.
Sehr erhellend! Unbedingt anschauen – bis zum Ende!!
Keine Bange, der Niedergang dieser Chose scheint vorgezeichnet, weil absehbar sich derartige Propeller-Mengen und Silizium-Wüsten wg. Alterung, Verschleiß und Lebensdauer kaum optimal auf Dauer in Schuß halten lassen (vgl. Straße, Bahn bzw. siehe Erzeugungsrückgang trotz Zubaus zuletzt).
Unsere Politics, wie böse unbeaufsichtigt spielende Kinder in der Schaltwarte des Atomkraftwerkes, oder?
In Spanien wurde ja nicht zuviel produziert, denn dass könnte man technisch sicher unterbinden, indem man die Kraftwerke (Wind und PV) einfach vom Netzt trennt. In Spanien verlor man kurz hintereinander drei große PV-Anlagen. Warum ist hier die Frage! Haben die Kopplungen ans Netz versagt? Sabotage oder technischer Fehler ? Und warum wurden dann keine Großverbraucher (Brown-Out) vom Netz genommen? Kam alles zu schnell?
-->2 zu VDE-AS-N-4105. Die Spezifikation der VDE-Norm für Netz- und Anlagenschutz ist technisch, nein physikalisch, prinzipiell nicht erfüllbar. Eine Frequenzmessung mit 0,05 oder 0,01Hz Auflösung mit einem Zeitfenster von 0,1s = 100ms ist nicht möglich. Diese Forderung stellt die VDE Norm aus zwei Einzelforderungen: 1) Messung der Netzfrequenz mit wenigstens 0,05Hz Genauigkeit. 1) Abschaltung bei Unterschreitung innerhalb 0,2s. Dabei entfallen etwa 0,1s auf die Messung und weitere 0,1s auf das Ansprechen des Trennrelais/Schütz. Es geht nicht, und zwar prinzipiell nicht! Die Folge ist, dass die Frequenz-Auflösung bei der technischen Realisierung der Anlagen bis 135kW (für die VDE 4105 gilt) deutlich gröber ist. Daraus folgt ein Quantisierungsrauschen/Digitalisierungsrauschen. Die innerhalb von jeweils 100ms sequenziell gemessenen Frequenzwerte pendeln ständig um den tatsächlichen Wert. Weiterhin entsteht eine starke Fehlerabhängigkeit bei überlagerten Spannungsspitzen / Abweichungen von der idealen Sinusform. Diese Fehler täuschen Frequenzwerte vor, die um den tatsächlichen Wert pendeln (wie bei einer Zweipunktregelung). Würde die Forderung nach Abschaltung/Netztrennung innert 200ms nicht bestehen, könnte man durch längere Messintervalle viel genauer messen. In der FOLGE führt das dazu, dass einzelne Wechselrichter bereits bei Normfrequenz 50Hz mit geringer statistischer Wahrscheinlichkeit „unmotiviert“ abschalten, weil sie einen einzelnen Messfehler hatten, der unter der ZWANGS-Schwelle lag. Je dichter die Messwerte liegen (100ms), umso mehr Messwerte gibt es. Der Fehler der Einzelmessung steigt also durch das sehr kurze Messintervall und die Zahl der Messwerte steigt ebenfalls. Somit geht die Wahrscheinlichkeit solcher Fehl-Abschaltungen mit dem Quadrat von 1/T und das für jede einzelne Anlage. Die VDE-Richtlinien sind von unzureichend theoretisch ausgebildeten Leuten gemacht worden. Bei kurzen Frequenzsprüngen schalten die Anlagen kaskadiert ab.
„Warum müssen zum Beispiel Kernkraftwerke zwangsweise gegen Schäden, die sie verursachen, versichert sein? Windmüller oder Sonnenbarone aber nicht“? Zumal von letzteren eine deutlich höhere Gefahr ausgeht . Es wird der Tag kommen müssen , da Windmüller und Sonnenbarone wegen Gemeingefährlichkeit in Sicherungsverwahrung genommen und ihre Anlagen eingezogen werden . >>>Wenn einmal die Wendezeit gekommen ist, dann werden die Schutthalden der Moderne beseitigt !<<<