Versorgungssicherheit: Übertragungsnetzbetreiber verhindern Blackout - Neubau netzrelevanter Kraftwerke - energie.de
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ZUKUNFTSFRAGEN
Meinungen & Fakten
ZUKUNFTSFRAGEN
Versorgungssicherheit:
Übertragungsnetzbetreiber verhindern Blackout –
Neubau netzrelevanter Kraftwerke
Am Jahresbeginn 2021 stand Europa kurzfristig am Rande eines Zusammenbruchs seiner Stromnetze. Durch das 2006
eingeführte European Awareness System (EAS) konnte ein flächenhafter Blackout verhindert werden. Zukünftig sollen
netzrelevante Kraftwerke zur Sicherstellung einer zuverlässigen Energieversorgung beitragen.
Am 08.01.2021 registrierte der für die Syn- 6,3 GW Erzeugungsleistung, während im zu stützen. Zusätzlich wurden 420 MW Leis-
chronisierung der Stromnetze verantwort- südöstlichen Teil ein Überschuss von 6,3 GW tung aus dem skandinavischen (Nordic) und
liche Netzbetreiber Amprion einen Frequenz- entstand. Dies führte dazu, dass die Fre- 60 MW aus dem britischen Synchrongebiet
abfall deutlich unter die vorgeschriebenen quenz im nordwestlichen Netzteil abfiel, automatisiert eingespeist. Diese Maßnah-
50 Hertz. Als Reaktion auf diese gefährliche während sie im südöstlichen Teil sprunghaft men sorgten dafür, dass die Frequenz um
Abweichung kam es zu einer Trennung der anstieg: Um 14:05 Uhr fiel die Frequenz im 14:09 Uhr nur noch rund 0,1 Hertz unter der
Netzregion Süd-Ost-Europa vom europäischen nordwestlichen Netzteil zunächst auf 49,74 normalen Frequenz von 50 Hertz lag und
Verbundnetz zwischen etwa 14.00 und 15.00 Hertz. Nach rund 15 Sekunden stabilisier- sukzessive weiter zurückgeführt wurde.
Uhr mitteleuropäischer Zeit. te sich die Frequenz bei 49,84 Hertz – also
innerhalb des zulässigen Bandes für Fre- Gegenmaßnahmen
Auslöser und Folgen quenzabweichungen (+/-0,2 Hertz). Gleich-
zeitig sprang die Frequenz im südöstlichen Aufgrund der erhöhten Frequenz wurden im
Auslöser war nach derzeitigem Kenntnis- Netzteil auf 50,6 Hertz, bevor sie sich bei südöstlichen Teil des Netzes automatische
stand [1] die automatische Abschaltung einem Wert zwischen 50,2 und 50,3 Hertz und manuelle Gegenmaßnahmen aktiviert,
eines 400-kV-Sammelschienenkupplers in stabilisierte (Abb. 2). um den Leistungsüberschuss zu reduzieren.
der kroatischen Umspannanlage Ernestinovo Unter anderem reduzierten Erzeugungsan-
um 14:04 Uhr mitteleuropäischer Zeit. Diese Aufgrund der Unterfrequenz gingen im lagen ihre Einspeisung – so ging ein Kraft-
Abschaltung führte dazu, dass zwei Sammel- nordwestlichen Teilnetz vertraglich gesi- werk mit einer Leistung von 975 MW in der
schienen in der Umspannanlage entkuppelt cherte Kapazitäten mit einer Leistung von Türkei um 14:04:57 Uhr automatisch vom
und somit die Stromflüsse aus südöstlicher 1,7 GW in Frankreich und Italien vom Netz. Netz. Folglich lag um 14:29 Uhr in diesem
in nordwestliche Richtung unterbrochen Die Betreiber dieser Anlagen der energiein- Teilnetz die Frequenz nur noch bei 50,2 Hertz
wurden. Betroffen waren zwei Leitungen von tensiven Industrie hatten im Vorfeld mit den und bewegte sich bis zur Resynchronisierung
Ernestinovo in Richtung Nordwesten sowie zuständigen Übertragungsnetzbetreibern um 15:07 Uhr mit dem nordwestlichen Netz-
zwei Leitungen von Ernestinovo in Richtung Verträge darüber abgeschlossen, dass ihre teil im Bereich zwischen 50,2 und 49,9 Hertz.
Südosten. Dies betraf in nordwestlicher Rich- Anlagen bei einer bestimmten Unterfre- Die anhaltenden Frequenzschwankungen
tung die Leitungen nach Zerjavinec (Kroati- quenz automatisch abschalten, um das Netz zwischen 14:30 und 15:06 Uhr wurden verur-
en) und nach Pecs (Ungarn). In südöstlicher
Richtung waren die Leitungen nach Ugljevik
(Bosnien-Herzegowina) und nach Sremska
Mitrovica (Serbien) betroffen.
Durch die Unterbrechung der Stromflüsse in
der Umspannanlage Ernestinovo verlagerte
sich der Stromtransport auf umliegende Lei-
tungen. Infolge eintretender Überlastungen
kam es zu einer Abschaltung der Leitung Su-
botica – Novi Sad (Serbien) durch den Über-
stromschutz. In der Folge lösten im Umkreis
mehrere Leitungen aufgrund des Distanz-
schutzes aus. Die Abschaltungen führten zur
Aufteilung des europäischen Netzgebietes
um 14:05 Uhr.
Durch diese Systemauftrennung (Abb. 1) Abb. 1 Systemauftrennung im europäischen Stromnetz am 08.01.2021
Quelle: ENTSO-E
fehlten im nordwestlichen Teil des Netzes
ENERGIEWIRTSCHAFTLICHE TAGESFRAGEN 71. Jg. (2021) Heft 3 31
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0,5 GW Photovoltaikleistung in Deutschland
verfügbar waren, wurde die Versorgungs-
sicherheit durch regelbare konventionelle
Kraftwerke (Kohle, Erdgas, Kernenergie)
sichergestellt. Der Spotmarktpreis für
Strom lag bei 95 €/MWh [2].
Die Übertragungsnetzbetreiber Amprion
(Deutschland) und Swissgrid (Schweiz) sind
verantwortlich für die Beobachtung und das
Krisenmanagement bei Frequenzstörungen.
Als „Frequenzkoordinatoren“ (Synchronous
Area Monitor, SAM) für Europa informieren
sie im Falle einer deutlichen Frequenzab-
weichung alle europäischen Übertragungs-
netzbetreiber über das Warnsystem EAS
Abb. 2 Frequenzentwicklung im europäischen Verbundnetz am 08.01.2021 nach der Störung und kurz vor und leiten die entsprechenden Prozesse ein.
der Resynchronisierung Quelle: ENTSO-E
Sie koordinieren die Gegenmaßnahmen und
stellen sicher, dass das System schnellst-
sacht, weil das abgetrennte südöstliche Teil- Serbien, Rumänien, Bosnien und Herzegowi- möglich stabilisiert wird. Teil dieser Maß-
netz vergleichsweise klein war und einige na sowie die Türkei und Kroatien betroffen. nahmen war am 08.01.2021 eine Telefonkon-
Erzeugungsanlagen aufgrund der Überfre- Im südöstlichen Netzteil erfolgte eine auf ferenz zwischen den größten europäischen
quenz nicht mehr am Netz waren (Abb. 3). Teile Rumäniens beschränkte Abkopplung Netzbetreibern Amprion, Swissgrid, RTE
von Endverbrauchern mit einer Gesamtleis- (Frankreich), Terna (Italien) und REE (Spa-
Die automatisierten Reaktionen und koordi- tung von 225 MW. In Deutschland hatte die nien) um 14:09 Uhr. In dieser Konferenz
nierten Maßnahmen der kontinentaleuropä- Maßnahme keine Auswirkungen. Hier lag erörterten die Teilnehmer den Zustand des
ischen Übertragungsnetzbetreiber sorgten der Stromverbrauch zum Zeitpunkt des Ein- Netzes und Maßnahmen, die bereits einge-
dafür, dass der Normalbetrieb im Netz wie- tretens der Störung mit rund 62.000 MWh leitet waren.
derhergestellt werden konnte. Um 14:47 Uhr allerdings um knapp 2.000 MWh höher als
und 14:48 Uhr konnten die Industrieanlagen die inländische Erzeugung, so dass Strom- Durch die hohe Widerstandskraft des Ver-
in Italien und Frankreich wieder ans Netz importe aus den Nachbarländern notwendig bundnetzes und die schnelle Reaktion der
gehen. Um 15:07 Uhr synchronisierten die waren. Über eine Inanspruchnahme von Netzbetreiber waren die Versorgungssicher-
Netzbetreiber die beiden Teilnetze wieder. vertraglich vereinbarten Lastabwürfen bei heit und die Systemstabilität nach Aussage
industriellen Großverbrauchern in Deutsch- der Übertragungsnetzbetreiber nicht in
Abb. 1 Nachfrage und Angebot im Gesamtsystem - Vergleich der Emissionen mit den verfügbaren Emissions-
Von der berechtigungen
Netzabtrennung
sowie waren die der
Entwicklung Länder landseitwurde
Umlaufmenge 2008 nichts bekannt.Quelle:
Da zu diesem
DEHST Gefahr [3]. Einen wichtigen Beitrag zur Sta-
Griechenland, Nord-Mazedonien, Bulgarien, Zeitpunkt nur 4,2 GW Windleistung und bilisierung des Systems leisteten die Indus-
trieanlagen in Italien und Frankreich, die
entsprechend ihrer vertraglichen Verpflich-
tungen vom Netz gingen.
Genügend Momentanreserve-
und Primärregelleistung im
europäischen Stromnetz?
Der aktuelle Störfall wirft auch die Frage
nach ausreichender Momentanreserve- und
Primärregelleistung im europäischen Strom-
netz auf. Durch die rotierenden Massen von
Generatoren und Dampfturbinen besitzt das
System eine gewisse Trägheit. Kurzfristig
erzeugt dies – ohne gezielte Eingriffe – eine
gewisse Stabilisierung der Frequenz. Primär-
regelung (auch Sekundenreserve genannt)
muss spätestens eingreifen, wenn eine Fre-
Abb. 2
3 Begrenzung des Umfangs der MSR
Frequenz in Kontinentaleuropa durchder
während denEreignisse
Löschungsmechanismus
des 08.01.2021ab 2023
quenzabweichung von mindestens 0,02 Hertz
Quelle:
Quelle: BMU
ENTSO-E
auftritt.
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Die Primärregelung erfordert keine über- 2022 den Betrieb aufnehmen. Weitere Anla- netzbetreiber sowie Experten der nationalen
regionale Koordination, da in jedem Kraft- gen errichten die LEAG im bayerischen Leip- Regulierungsbehörden und der europäischen
werk die Netzfrequenz gemessen und ent- heim [4] sowie Uniper am Standort Irsching. Regulierungsbehörde ACER.
sprechend darauf reagiert werden kann.
Dies erfolgt bislang größtenteils in Groß- Warnsystem „European Fazit
kraftwerken, teilweise auch in kleineren Awareness System“ (EAS)
Wasserkraftwerken. Insgesamt werden im Die Versorgungssicherheit der Stromversor-
kontinentaleuropäischen Stromnetz mehre- Das synchron mit derselben Frequenz von gung ist in Deutschland und Mitteleuropa
re Tausend Megawatt Regelleistung bereit- 50 Hertz betriebene europäische Stromsys- davon abhängig, ob der Wind weht und die
gehalten. Technisch erfolgt die Primärrege- tem ist eines der größten Stromsysteme der Sonne scheint, das Stromnetz hinreichend
lung in einem Kraftwerk mit Dampfturbinen Welt – sowohl bezogen auf seine räumliche ausgebaut und robust ist, ausreichend regel-
indem den Turbinen zeitweilig mehr oder Ausdehnung als auch auf die Zahl der be- bare Kraftwerksleistung verfügbar ist, die
weniger Dampf zugeführt wird. Hierfür lieferten Verbraucher. Eine Auftrennung Netzbetriebsmittel im gesamten Verbundnetz
kann der Dampferzeuger als Reservoir die- des Netzgebietes fand in Kontinentaleuropa funktionieren und die Mitarbeiter der Netzbe-
nen, da eine Anpassung der Feuerungsleis- zuletzt am 04.11.2006 statt. Als Reaktion treiber bei Problemen die richtigen Maßnah-
tung meist zu träge wäre. Bei einer laufen- darauf entstanden neue Sicherungssysteme men ergreifen.
den Gasturbine wirkt sich eine Änderung wie das Warnsystem „European Awareness
der Brennstoffzufuhr innerhalb weniger System“ (EAS) [5], das es den europäischen Quellen
Sekunden auf die produzierte Leistung aus, Übertragungsnetzbetreibern ermöglicht, sich
so dass auf diesem Wege geregelt werden gegenseitig über Beobachtungen und Vorfälle [1] https://www.entsoe.eu/news/2021/01/15/system-
kann. im Netzbetrieb zu informieren. Das EAS be- separation-in-the-continental-europe-synchronous-
grenzt die Auswirkungen von Netzstörungen area-on-8-january-2021-update/
Neubau von netzrelevanten und machte es am 08.01.2021 möglich, die [2] https://www.smard.de
Kraftwerken beiden Teilnetze nach rund einer Stunde wie- [3] Vgl. Hans-Jürgen Brick, Vorsitzender der Geschäfts-
der zusammenzuführen. führung von Amprion, in der ZfK - Zeitschrift für kom-
Insbesondere die für die Momentanreserve munale Wirtschaft, Ausgabe 2, Februar 2021, S. 8.
sorgenden Trägheitseffekte großer Massen Entsprechend Artikel 15 der EU-Regulierung [4] https://www.leag.de/de/news/details/leag-inves-
werden durch die Abschaltung großer Kraft- 2017/1485 [6] wird bei einem Vorfall wie tiert-in-gaskraftwerk-leipheim/
werksblöcke im Zuge des Ausstiegs aus der am 08.01.2021 eine Expertenkommission [5] Janicek, F.; Jedinak, M.; Sulc, I.: Awareness System
Kernenergie sowie der Kohle tendenziell einberufen. Sie erstellt einen Bericht über implemented in the European Network. In: Journal of
knapper. Einen gewissen Ausgleich könn- die Vorkommnisse und leitet daraus – sofern Electrical Engineering, Vol. 65, Nr. 5, 2014, S. 320-324.
ten der Bau und die Inbetriebnahme neuer notwendig – weitere Schritte ab, die dazu bei- [6] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/
Gasturbinenkraftwerke in Deutschland tragen können, ein vergleichbares Ereignis PDF/?uri=CELEX:32017R1485&from=LT
bringen. Zur Sicherstellung einer zuverläs- in Zukunft zu vermeiden. Die Kommission
sigen Energieversorgung in Süddeutschland besteht aus Fachleuten der Übertragungs- „et”-Redaktion
haben die Übertragungsnetzbetreiber in
Südhessen, Bayern und Baden-Württemberg
sog. Netzstabilitätsanlagen mit einer Leis-
tung von je 300 MW ausgeschrieben, die im
Jahr 2022 in Betrieb gehen sollen. Die Anla-
gen sollen vornehmlich die Netzstabilität im
Süden bei fluktuierender Netzeinspeisung NEWS | MAGAZINE | JOBS | MARKTPARTNER | TERMINE
aus Wind- und PV-Anlagen sichern.
Es handelt sich um Gasturbinen-Anlagen, Jobbörse der Energiewirtschaft
die auf schnelle Erreichung des Volllastbe- Für Fach- und Führungskräfte
triebs ausgelegt sind und bis zu 1.500 Voll- Jobs finden
benutzungsstunden im Jahr aufweisen. Am
Stellenanzeigen veröffentlichen
13.11.2020 erhielt RWE vom Übertragungs-
netzbetreiber Amprion im Rahmen der Aus-
schreibung „besonderer netztechnischer Be- Aktuell und
triebsmittel“ den Zuschlag für den Bau und www.energie.de/jobs spartenübergreifend
den Betrieb einer solchen Anlage am Stand- Das Portal der
ort Biblis in Nordrhein-Westfalen. Die Anlage Energiewirtschaft
wird eine gesicherte elektrische Leistung von
300 MW bereitstellen und soll bis Oktober
ENERGIEWIRTSCHAFTLICHE TAGESFRAGEN 71. Jg. (2021) Heft 3 AZ_energie-de_jobs_97x66SP_01.indd 1 05.07.19
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