Kraftwerksmanagement
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Aufgabe des Kraftwerksmanagements ist es, Erzeugung und Verbrauch von elektrischem Strom im Gleichgewicht zu halten.
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[Bearbeiten] Aufgaben
Um das Gleichgewicht garantieren zu können, muss
- im voraus abgeschätzt werden, zu welchem Zeitpunkt wie viel Energie bereitzustellen sein wird,
- auf unvorhergesehenen Mehr- oder Minderverbrauch reagiert werden können,
- auf Probleme im Stromnetz, bei den Kraftwerken und bei den Verbrauchern reagiert werden können.
Hierzu benötigt man
- einen breit gefächerten Kraftwerkspark, der unterschiedliche Aufgaben erfüllen kann und im Optimalfall kostengünstig arbeitet,
- Mess- und Regeleinrichtungen, die den aktuellen Zustand im Stromnetz aufnehmen, steuernd eingreifen können und Statistiken über den Stromverbrauch erzeugen können,
- geregelte Beziehungen zu Nachbarnetzen, um im Notfall auf die Reserven dieser Netze zurückgreifen zu können.
[Bearbeiten] Schwankungen im Stromverbrauch
[Bearbeiten] Planbare Schwankungen
Aufgrund von Gewohnheiten der Kunden (bspw. Nahrungszubereitung zu bestimmten Uhrzeiten, Nutzung von elektrisch erzeugtem Licht) sowie von Produktionsabläufen der Industrie ergeben sich Schwankungen im Stromverbrauch, die statistisch erfasst werden. Diese Statistiken können zur Vorhersage des Stromverbrauchs verwendet werden.
Der Stromverbrauch ist aber nicht nur abhängig von der Tageszeit, sondern auch vom Wochentag (Werktag/Wochenende), von Ferien, Jahreszeiten, Außentemperaturen, Windstärken, Schlechtwetter, Wirtschaftsdaten, Absatzprognosen usw. Je genauer man die Abhängigkeiten des Stromverbrauchs erfassen kann, desto genauere Prognosen für den Stromverbrauch können in das Kraftwerksmanagement eingebracht werden.
[Bearbeiten] Nicht planbare Schwankungen
Das Verhalten der Kunden kann zu bestimmten Zeitpunkten erheblich von der Prognose abweichen, z. B. durch besondere Ereignisse oder das Wetter. Das Kraftwerksmanagement muss hierauf relativ kurzfristig reagieren. Darüber hinaus kann es zu Ausfällen in Kraftwerken, im Stromnetz und bei Großverbrauchern kommen, auf die sofort reagiert werden muss.
[Bearbeiten] Lastregelung
[Bearbeiten] Steuerung der Stromerzeugung
Je nach Möglichkeiten zur Lastregelung unterteilt man verschiedene Kraftwerkstypen:
- Grundlastkraftwerke: Sie erzeugen den Strom sehr preisgünstig. Sie werden nach Möglichkeit rund um die Uhr mit voller Leistung betrieben und haben meist eine geringe Last-Änderungsgeschwindigkeit. Die Leistung von Grundlastkraftwerken muss sich nicht unbedingt leicht regeln lassen. Laufwasserkraftwerke werden bevorzugt zur Erzeugung von Grundlastenergie verwendet, es ist jedoch gleichzeitig eine sehr gute Leistungsregelung mit hohen Lastgradienten möglich, da kein aufwendiger verfahrenstechnischer Prozess wie bei thermischen Kraftwerken vorgelagert ist. Es ist dann lediglich ein schnelles Öffnen bzw. Schließen der Wasserzufuhr zu realisieren. Braunkohlekraftwerke und Kernkraftwerke lassen sich ebenfalls gut regeln, besitzen jedoch nicht die gleiche, hohe Dynamik. Wegen ihrer geringen Betriebskosten laufen sie aber vor allem im Grundlastbereich, wobei Steinkohlekraftwerke auch im Mittellastbereich eingesetzt werden. Erdwärmekraftwerke können durch das konstant zu Verfügung stehende Energieangebot ebenfalls Grundlast liefern.
- Mittellastkraftwerke: Sie haben mittlere Stromgestehungskosten. Sie lassen sich über einen weiten Leistungsbereich regeln, die Regelung wirkt allerdings mit einer gewissen Trägheit, wobei hohe Lastgradienten von Spitzenlastkraftwerken abgefahren werden und eine hohe Dynamik so nicht notwendig ist. Mittellastkraftwerke variieren ihre Leistung entsprechend der Tagesgangkurve nach einem vorher festgelegten Programm (Fahrplan). Vor allem Steinkohlekraftwerke werden als Mittellastkraftwerke eingesetzt.
- Spitzenlastkraftwerke: Sie müssen jeder Leistungsveränderung im Netz folgen können und somit eine sehr hohe Dynamik besitzen. Spitzenlastkraftwerke werden meist nur wenige Stunden pro Tag eingesetzt, nämlich zu den absoluten Verbrauchsspitzen und bei ungeplanten Schwankungen des Stromverbrauchs, insbesondere bei Ausfällen anderer Kraftwerke. Als Spitzenlastkraftwerke werden vor allem Gaskraftwerke sowie Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt, da sie extrem schnell reagieren können.
- Stromeinspeisung: Hierunter fallen alle Kraftwerke, die von Dritten nach eigenen Kriterien betrieben werden, und nicht von den Netzbetreibern gesteuert werden können, beispielsweise aufgrund des Angebotes regenerativer Energien oder wärmegeführter Fahrweise. Vom Netzverhalten entsprechen diese Kraftwerke eher Stromverbrauchern mit umgekehrtem Vorzeichen. Hierzu zählen externe Kraftwerke der Industrie, die nicht in die Netzregelung integriert sind sowie Blockheizkraftwerke, Windenergieanlagen, Solaranlagen und weitere regenerative, ungesteuerte Energiequellen.
[Bearbeiten] Steuerung des Stromverbrauchs
Eine Lastregelung wird in gewissen Grenzen auch durch die Steuerung des Verbrauchs erreicht, und zwar über:
- Rundsteueranlagen: Hierdurch können Verbraucher (Verbrauchsmittel) nach den Erfordernissen des Energieerzeugungsunternehmens an- oder abgeschaltet werden. Benutzt wird dies für industrielle Größtverbraucher wie Aluminium- und Elektrostahlwerke. Gegen eine gewisse Vergünstigung im Strompreis kann vom Stromversorger die Leistungsaufnahme dieser Industrien reduziert oder gesteigert werden. Benutzt wird dies auch für Nachtspeicherheizungen. Diese können geladen werden, wenn sich ansonsten kein Verbraucher für die momentane Kraftwerksleistung findet. Dadurch kann auch nachts eine gewisse Grundlast im Stromnetz erzeugt, und so der Anteil von Grundlastkraftwerken wie beispielsweise den Kernkraftwerken am Kraftwerkspark erhöht werden.
- Speicherkraftwerke: Pumpspeicherkraftwerke zum Beispiel können immer dann, wenn sich kein Verbraucher für die momentane Kraftwerksleistung findet, in den Pumpbetrieb übergehen, um Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken zu fördern. Sie werden vornehmlich nachts betrieben, um die Grundlast-Kraftwerke besser auslasten zu können. Sie dienen auch zur kurzzeitigen Stützung der Frequenz bei Last- bzw. Erzeugungsschwankungen.
[Bearbeiten] Nachbarnetze
Zusätzlich können auch Parallelnetze in das Management des Stromnetzes einbezogen werden, um Grundlast-, Mittellast-, oder Spitzenlast-Strom zu beziehen oder zu liefern. Im Störungsfall können Nachbarnetze helfen, die Frequenz des Gesamtnetzes zu stabilisieren, indem sie in erhöhtem Maße Leistung bereitstellen oder abnehmen. In Europa ist die UCTE für die Koordinierung des Betriebes und die Erweiterung des europäischen Netzverbundes zuständig.
[Bearbeiten] Management des Strombedarfs
[Bearbeiten] Management planbarer Schwankungen
Aufgrund der Prognose über den Strombedarf wird ein Tagesgang-Plan für alle beteiligten Kraftwerke erstellt. Die Aufteilung der erwarteten Tagesleistung auf Grund-, Mittel- und Spitzenlastkraftwerke erfolgt einerseits nach den technischen Möglichkeiten, andererseits aber so, dass die Kosten der Stromerzeugung möglichst gering gehalten werden.
[Bearbeiten] Management nicht planbarer Schwankungen
Treten nicht vorhergesehene Schwankungen des Strombedarfs auf, so wird über die Regelung der Kraftwerksleistung versucht, auf diese Schwankungen zu reagieren. Treten die Änderungen gegenüber der Vorhersage nur langsam ein, lassen sich durch Anpassungen der "Fahrpläne" für die Mittellastkraftwerke die Änderungen abfangen. Treten die zusätzlichen Änderungen schnell ein, müssen ggf. Spitzenlastkraftwerke einspringen, um entsprechend schnell auf die Änderungen reagieren zu können.
Bei Ausfällen von Kraftwerken muss in sehr kurzer Zeit eine hohe Leistung ersetzt werden. Dann werden schnell reagierende Kraftwerkstypen, wie Pumpspeicherkraftwerke aktiviert. Gleichzeitig werden Leistungserhöhungen in etwas langsamer reagierenden Gaskraftwerken und in Mittellastkraftwerken angefordert und ggf. auch ein zusätzliches Kraftwerk aus der sog. Warmreserve hochgefahren. Parallel zum Hochfahren der Leistung in den Mittellastkraftwerken und im Ersatzkraftwerk wird die Leistung in den Spitzenlastkraftwerken reduziert.
Bei Ausfall eines Großverbrauchers muss die Steuerung des Netzes anders herum verlaufen: Herunterfahren der Leistung von Mittellastkraftwerken. Da dieses nicht sofort wirkt, müssen schnell Ersatzverbraucher eingeschaltet werden (z.B. Pumpspeicherkraftwerke) oder eventuell aktive Spitzenlastkraftwerke schnell herunter gefahren werden. Die Ersatzverbraucher können abgeschaltet werden, wenn die Mittellastkraftwerke ihre Leistung reduziert haben.
