sogar Fachleute sind oft dazu nicht in der Lage.
Das soll aber nicht bedeuten das Fachleute unfähig sind, sondern bedeutet lediglich das es ein sehr komplexes Thema ist.
Der Mensch ist gewohnt einfache schnelle Gedanken zu fassen wenn es um das täglicher Leben geht.
Beispielsweise drückt man einen Knopf und der Aufzug kommt, drückt man wieder einen entsprechenden Knopf und der Aufzug
fährt rauf oder runter.
Solche relativ einfache Bedingungen stellt man sich täglich im Alltag , das ist der Mensch gewohnt und deshalb fällt es ihm einfach
solch logische Abläufe zu verstehen.
Beim Strom Netz ist es etwas Komplizierter weil dort der Zeitfaktor hinzu kommt.
Dort geht es im Grunde genommen um drei separate Wechselstrom Netze , die zusammen genommen in einer zeitlichen Abfolge beim
Verbraucher angekommen.
Und als wenn das nicht kompliziert genug wäre gibt es noch einige gegenseitige Abhängigkeiten weil sich auch noch bei jeder Phase
die Höhe der Spannungen ständig ändert.
Dieser Umstand macht es schwierig das komplexe geschehen innerhalb eines Drehstrom Netzes zu verstehen.
In den Kindertagen der Elektrifizierung wurde zuerst der Dynamo erfunden später dann gab es die erste Glülampe.
Wenn man nun einen Dynamo langsam dreht und eine Glühlampe damit zu Leuchten bringt, wird , da es sich ja um einen Wechselstrom handelt ,
die Glühlampe immer an und wieder aus gehen.
Wenn dies aber schnell genug passiert und der Glühfaden eine bestimmte Zeit nachglüht, und zusätzlich unser Auge eine gewisse Trägheit besitzt
wird man aber einer bestimmten Frequenz nur noch ein dauerhaftes leuchten Wahr nehmen.
Das ist aber von der Art der Glühlampe abhängig.
Zu beginn der Elektrifizierung war es noch üblich das nicht wie heut zu Tage, der Glühwendel aus Metal bestand ,sondern noch aus einen Kohlematerial.
Damit war das Glühverhalten noch etwas anders als heute.
Man stellte damals fest das man das Dynamo mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehen musste um nicht noch ein flackern der Glülampe wahr zu nehmen.
Ein Visuelles dauer leuchten stellte sich ein ab etwa 42 Umdrehungen pro Sekunde.
Um hinsichtlich der optischen Wahrnehung noch eine gewissen Sicherheit zu haben , und um eine geraden Frequenz-Wert zu bekommen ,
was bei vielen Berechnungen einen Vorteil hat, einigte man sich in Europa auf 50 Herz.
Andere Länder hingegen hielten wohl 60 Herz für Optimal, so ist in vielen nicht Eropäischen Ländern noch heute die Frequenz bei 60 Herz.
Hätte man sich aber beispielsweise auf 60 Herz geeinigt, könnte man aber auch in ganz Europa mit 60 Herz auskommen.
Weil man sich aber zu früheren Zeiten nun einmal auf die 50 Herz geeinigt hat, wurde in der weiteren Technischen Entwicklung alles
auf diese 50 Herz abgestimmt.
So wurden zum Beispiel die meisten Motoren so entwickelt das sie bei diesen 50 Herz eine gewisse Anzahl von Umdrehungen pro Minute machen.
Würde man also heute die Frequenz Europa weit verändern würde alle bis dato gebauten Motoren mit einer anderen Geschwindigkeit laufen.
Das betrifft aber nicht nur Motoren, auch andere Elektrische Bauteile wurde hinsichtlich dieser 50 Herz entwickelt und in Betrieb genommen.
Deswegen ist es nicht so ohne weiteres möglich die Frequenz von heute auf morgen kurzfristig zu ändern.
Sehr wohl wäre es aber Physikalisch und Elektrisch keine Problem.
Eine Antwort darauf ist immer nur Allgemein zu bekommen, leider meistens ohne Details.
Das eigentliche Problem liegt nämlich weniger an die 50 Herz sondern vielmehr an die Synchronisation der selben.
Natürlich müssen die 50 Herz exakt eingehalten werden weil alle Europäischen Stromerzeuger sich auf diese Frequenz geeinigt haben.
Und heute ein Europäische Verbundnetz besteht,was bedeutet das alle Europäischen Länder ihre Generatoren an ein und die selbe Leitung angeschlossen haben.
50 Herz ist eine Wechselspannung die 50 mal in einer Sekunde ihre Richtung ändert.
Man könnte es vergleichen mit einer Auto Batterie an der man 50 mal in der Sekunde die Verbindung zum Plus und Minuspol umtauscht.
Eine Wechselspannung hat einige Vorteile gegenüber eine reinen Gleichspannung wie sie zum Beispiel von einer Auto Batterien abgegeben wird.
Wechselspannungen können im Gegensatz zu Gleichspannungen in Transformatoren einfach in höhere oder niedrigere Spannungen umgesetzt werden.
Eine kleine Spannung kann mittels eines Trafo ( Transformator) auf jede andere Spannung umgesetzt werden
um sie dann über große Entfernungen verlustfreier transportieren zu können.
Je höher eine Spannung ist um so weniger Verluste entstehen auf lange Transportwege und umso kleiner müssen die Kabel vom Querschnitt her sein.
Dagegen benötigte man kleine Spannungen im Haushalt um den Mensch vor zu hohen Spannungn zu schützen.
Heute kommt das Problem der Synchronisation weitgehend durch die vielen Photovoltaik Kraftwerke zustande.
Diese machen nämlich aus einer Gleichspannung mit Hilfe eines Wechselrichter eine Wechselspannung.
Diese erzeugte Wechselspannung muss nun Synchron ins allgemeine Stromnetz eingespeist werden.
Wenn nicht alle Frequenzen Synchron laufen bekommt man ein relevantes Spannung Problem .
Angenommen
ich habe 2 Generatoren , stellvertretend für mehrere
Kraftwerke oder Photovoltaik AnlagenBeide Generatoren liefern eine Spannung von effektiv 230 Volt 50 Herz.
Das Ergebnis sind die beiden unten zu sehenden Signale die beide zur gleichen Zeit auch die
gleiche Spannung liefern.
Verbinde ich nun beide Kraftwerke mit einander kommt als Ergebnis die Addition beider Signale zum tragen.
Das Ergebnis sieht man dann im dritten Diagramm
Das Signal hat immer noch die gleiche Phasenlage und auch die gleiche Spannungshöhe wie jedes Einzel Signal.
Zwei Signale mit gleicher Spannungshöhe ,gleicher Frequenz sowie gleicher Phasenlage.
Das ist also der angestrebte Ideal Zustand der unser Stromnetz haben sollte.
hingegen aber der 2.Generator ein Signal mit 51 Herz und 230 liefert.
Um das Ergebnis deutlich sichtbar zu machen wurde der Zeitliche Verlauf auf über 1 Sekunde ausgedehnt.
Signale mit gleicher Spannungshöhe aber mit unterschiedlichen Frequenzen .
Mal abgesehen davon das die Spannung über das Maximum der üblichen Netzspannung hinausgeht
und mögliche Verbraucher zerstören könnte
geht sie auch gegen nahe Null Volt.
Damit würden praktisch alle angeschlossenen Verbraucher kurzzeitig fast Stromlos.
Dann aber wenn anschließend die Spannung wieder hoch geht würden dadurch alle
Verbraucher wider gleichzeitig Spannung bekommen und damit so große
Einschaltströme verursachen das alle möglichen Sicherungen ausgelöst würden.
Deswegen ist es so wichtig das die Frequenzen zwischen allen angeschlossenen Stromerzeuger exakt
die gleiche Frequenz aufweisen müssen.
Mann hört immer wieder einmal die Begründung das es ja nicht schlimm wäre eine kleine Frequenzänderung zu akzeptieren weil
fast alle elektrische Geräte damit klar kommen.
Die Begründung ist genauso falsch wie auch richtig, denn die elektrischen Geräte kommen fast ausnahmslos damit klar wenn sich
nur die Frequenz in kleinen teilen ändert.
Das Problem besteht aber durch die in Folge der Frequenz ungleichheit auftretenden Spannungsänderungen.
Generator ( grünes Signal ) eine Phasenverschiebung von 1ms .
Die Frequenz beträgt in beiden Fällen 50 Hz.
Die Addition beider Signal sieht man im unteren Diagramm , dabei beträgt die
Spannungshöhe bis zum doppelten der ursprünglichen Spannung und würde viele angeschlossenen Verbraucher zerstören.
Möglicherweise auch den Strom Generator selber.
bis auf die eine kurze Einschaltphase vollständig auf.
Es ist also unbedingt erforderlich das Spannungshöhe, Frequenz und Phasenlage beim Einspeisen genau gleich sind.
Das übernimmt im Falle eines Balkonkraftwerk wie überhaupt bei jeder Photovoltaik Anlage der zugehörige
Wechselrichter.
Der Wechselrichter wandelt die eingehende Gleichspannung in einer Wechselspannung mit genau 50 Herz und einer
Spannung von 230 Volt eff. um.
Das erzeugte Wechselspannung Signal wird dann mit der Netzfrequenz synchronisiert und erst dann ins Netz eingespeist.
Wie jeder weiß muss man beim Fahrrad schwerer treten wenn ein Dynamo eingeschaltet wurde, also die Beleuchtung aktiviert wurde.
Zumindest war das noch im Zeitalter bevor es LED Beleuchtung mit Batteriebetrieb gab der Fall.
Der Dynamo dreht mit einer gewissen Umdrehungszahl und liefert den Strom für die Beleuchtung.
Fahre ich jetzt einen Berg hoch , wird meine Geschwindigkeit durch die höhere Belastung etwas langsamer, zu erkennen auch
an der schwächer werdende Beleuchtung.
Fahre ich den Berg wieder herunter dreht mein Dynamo wieder schneller.
Ähnlich funktioniert auch der Generator im Kraftwerk, der sich normalerweise mit 50 Umdrehungen pro Sekunde dreht.
Wird dieser Generator jetzt hoch belastet weil plötzlich sehr viel Verbraucher Strom abnehmen wird er dadurch etwas abgebremst und
dreht minimal langsamer wodurch die Frequenz sich verringert.
Und wird er gar
nicht belastet dreht er sich minimal schneller und erhöht damit die Frequenz.
Das alleine an sich wäre kein Problem, weil aber in ganz Europa alle Energieerzeuger parallel angeschlossen sind, setzt es
voraus das aller Energieerzeuger die gleiche Frequenz (siehe Artikel oben)
aufweisen müssen.
Das System ist so ausgelegt
das vom Generator etwa 50 Herz bei einer normalen Belastung ausgegeben werden.
Wird das System nun stärker belastet (linkes Bild) wird der Generator abgebremst und die Frequenz sinkt beispielsweise auf 49,80 Hz.
Wird nun zusätzlich zum Generator noch ein Windgenerator(rechtes Bild ) zu geschaltet steigt die Frequenz wieder auf 50 ,00 Hz an.
Würde jetzt die hohe Belastung plötzlich wieder wegfallen würde natürlich die Frequenz wieder ansteigen und es müsste wieder ausgeglichen werden
indem der Windgenerator wieder vom Netz
genommen werden muss.
besteht.
Beim Ungleichgewicht ändert sich die Frequenz und es treten dann Überspannungseffekte auf wie oben bereits beschrieben.
Die Frequenz ändert sich aber nicht bei allen Generatoren gleichmäßig obwohl sie parallel betrieben werden ,
weil die Generatoren unterschiedliche Schwungmassen und verschiedene Innenwiderstände haben.
Weshalb dann bei einer starken Lastzunahme nicht alle Generatoren im selben Maße ihre Frequenz verringern.
wird.
Dort ist oft die Sprache von " zu viel Strom in den Leitungen" usw.
Oder die Leistung kann nicht abgeführt werden.
Es wird immer der Eindruck erzeugt die zu viel vorhandenen Energie in den Leitungen würden das Netz oder die Generatoren zerstören.
Es ist zwar richtig aber nicht die zu viele Energie ist das Problem sondern eine mangelhafte Regelung.
Das Regelungs Problem ergibt sich aus der Tatsache das in den letzten Jahren immer mehr Generatoren parallel geschaltet wurden.
Dazu gehören in der Hauptsache die Windräder und die Photovoltaik Anlagen.
Und mit jeder dazu´gekommene Anlage muss ein Generator ( Stromerzeuger) zusätzlich geregelt werden.
Dadurch wird die Regelung immer aufwendiger und undurchsichtiger weil natürlich auch viele kleine Anlagen nicht mal gemeldet
sind und damit nicht ins Kalkül gefasst werden.
Ein anderes Problem sind die kaum noch vorhandenen Gaskraftwerke die einen großen Beitrag zur Regelung leisteten, weil sie schnell regelbar waren
und zum Hauptteil der Regelung bei trugen.
Generell kommt es zu einem Problem weil die Frequenz wegen Überlastung oder Unterlastung nicht konstant gehalten werden kann.
Un wenn Genartoren dann mit Unterschiedlichen Frequenzen arbeiten , und damit sind alle Genartoren in ganz Europa gemeint, dann kommt es zu
Überstrom effekt auf bestimmten Leitungen.
In Folöge lösen dann Sicherungen aus und löst einige Kraftwerke aus dem Europäischen Verbund Netzt.
Dadurch das Kraftwerke dann herausgenommen wurden , ändert sich die Belastung noch mehr und kann zu einer Kettenreaktion führen wenn nicht schnelle genug nachgeregelt werden kann.
Sodann wird der Blackou um so wahrscheinlicher je mehr Kraftwerke zusammen geschaltet werden.
Und das ist in Europa der Fall.
Von einigen Tausen Generatoren ist es in den letzten 10 Jahre auf einige Millionen Genartoren angewachsen .
Dementsprechend gibt aus Millionen kleine Regeleinheiten.
Umso mehr geregelt werden muss, um so höher die Wahrscheinlichkeit das Fehler auftreten.
Faktisch kommt der Blackout auf jeden Fall, es ist nur eine Frage des Zeitpunkts.
Es ist abzusehen das der Blackout in nicht allzu langer Zeit kommen wird.vermutlich dann wenn eine große und schnelle Regelung erforderlich sein wird.
Das könnte passieren wenn ein Feiertag ansteht und die Firmen wenig Strom abnehmen, gleichzeitig die Sonne viel scheint wodurch die Photovoltaik
viel Strom erzeugt und dabei noch ein kräftiger Wind die Windräder antreibt.
An einen solche Tag haben viel Menschen frei und sind unterwegs und benötigen wenig Strom, aber es wird viel Strom erzeugt.
Wenn dann noch etwas unvorhergesehenes passiert was eine Regelung schlecht ausgleichen kann, wie ein Erdbeben , Unwetter oder ähnliches
wird das Risiko auf einen Blackout deutlich wachsen.
Aktualisiert
08.07.2024