Netzfrequenz und Netzlast
Die folgenden Bilder verdeutlichen den Zusammenhang zwischen Netzfrequenz und Netzlast – veranschaulicht durch unseren Fahrradfahrer Klaus, der die Rolle eines Kraftwerks übernimmt.
Ein einfaches Beispiel: Klaus als Kraftwerker
Stellen wir uns vor, Klaus ist ein Kraftwerksbetreiber, und seine Trittgeschwindigkeit entspricht der Netzfrequenz.
Wenn Klaus auf einer geraden Straße mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, bleibt auch seine Trittfrequenz gleichmäßig. Diese gleichmäßige Bewegung steht sinnbildlich für ein stabiles Stromnetz, in dem die Frequenz bei 50 Hz (in Europa) gehalten wird.
Dieses Szenario zeigt: Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Energieerzeugung (Kraftwerk) und Energieverbrauch sorgt für Stabilität in der Netzfrequenz.
Netzfrequenz ≈ 50 Hz
Nun wird es spannend: Klaus erreicht einen steilen Berg. Um seine Geschwindigkeit zu halten, muss er mehr Kraft aufwenden und intensiver in die Pedale treten. Schafft er das nicht, wird er langsamer, und seine Trittfrequenz – das heißt, die Netzfrequenz – nimmt ab.
Dieses Beispiel zeigt, wie das Stromnetz auf Veränderungen der Last reagiert: Wenn der Energieverbrauch (die Last) steigt, müssen die Kraftwerke mehr Leistung erbringen, um die Netzfrequenz stabil zu halten. Gelingt dies nicht, sinkt die Frequenz, was im schlimmsten Fall zu Netzstörungen führen kann.
Klaus wird langsamer...
Netzfrequenz unter 50 Hz
Der Berg ist geschafft, und es geht bergab – jetzt wird es deutlich leichter für Klaus. Um seine Geschwindigkeit und Trittfrequenz stabil zu halten, muss er weniger Kraft aufwenden. Vielleicht tritt er sogar gar nicht mehr und bremst stattdessen, um nicht zu schnell zu werden.
Dieses Szenario steht sinnbildlich für das Stromnetz, wenn die Last (der Energieverbrauch) abnimmt. Die Kraftwerke müssen ihre Leistung reduzieren, um ein Überschreiten der Netzfrequenz zu vermeiden. Wenn sie dies nicht schnell genug tun, steigt die Frequenz über den Sollwert von 50 Hz, was ebenfalls zu Netzstörungen führen kann.
Klaus wird schneller...
Netzfrequenz über 50 Hz
Betrachten wir nun den Verlauf der Netzfrequenz. Diese entspricht der (Tritt-)Geschwindigkeit von Klaus und zeigt uns die Energieverhältnisse im Stromnetz.
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17:00 Uhr: Die Netzfrequenz liegt über 50 Hz. Es gibt zu viel Energie im Netz – für Klaus bedeutet das: Der Weg ist leicht, er braucht weniger Kraft, um die Geschwindigkeit zu halten.
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18:00 Uhr: Der Weg ist zwar holprig, aber weitgehend eben. Die Netzfrequenz stabilisiert sich um die 50 Hz. Klaus fährt mit gleichmäßigem Kraftaufwand.
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19:00 Uhr: Es fehlt Energie im Netz, die Netzfrequenz sinkt unter 50 Hz. Für Klaus wird der Weg steiler, und er muss kräftig in die Pedale treten, um die Frequenz wieder auf das Soll von 50 Hz anzuheben.
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19:20 Uhr: Klaus hat es geschafft: Die Netzfrequenz steigt wieder über 50 Hz, was auf einen Überschuss an Energie hinweist. Jetzt muss Klaus bremsen oder langsamer treten, um die Geschwindigkeit (Frequenz) nicht weiter ansteigen zu lassen.
Dieses Beispiel zeigt, wie empfindlich das Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und -verbrauch ist – und wie präzise es durch schnelle Reaktionen stabilisiert werden muss.
Danke Klaus...
Fazit
Die Netzfrequenz ist ein empfindlicher Indikator für die Stabilität des Stromnetzes. Technische Grenzwerte sind festgelegt, um kritische Situationen zu vermeiden:
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Fällt die Netzfrequenz unter 49,8 Hz, greifen automatische Mechanismen ein. Reserven werden aktiviert oder Verbraucher gezielt abgeschaltet, um das Netz zu stabilisieren.
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Unter 49 Hz wird es ernst: Es können Teilnetzabschaltungen notwendig werden – ein sogenannter Brownout tritt ein. Wir trennen uns von Lasten (Verbrauchern), um damit das Verbundnetz zu erhalten.
Sinkt die Netzfrequenz jedoch weiter ab, sind großflächige Notabschaltungen unvermeidlich. Das Resultat: ein möglicher Blackout, der die Versorgung weiträumig unterbricht.
Diese Eskalationsstufen verdeutlichen, wie entscheidend die Überwachung und Steuerung der Netzfrequenz ist, um die Stabilität des Stromverbundnetzes zu gewährleisten.