Höchste Abweichungen der Netzfrequenz (2)

Bereits vor ein paar Tagen habe ich die höchsten Abweichungen herausgesucht, die in den letzten 3,5 Jahren in der Netzfrequenz aufgetreten sind. Dort war bereits zu erkennen, dass die maximalen Abweichungen nach oben und nach unten im Laufe der Zeit etwas geringer geworden sind. Um das etwas genauer zu untersuchen, wurden jetzt die Abweichungen nicht monatsweise, sondern pro Kalenderwoche genommen:

Abweichungen der Netzfrequenz je Kalenderwoche

Wöchentliche maximale Abweichungen der Netzfrequenz (Quelle: Netzfrequenz.info)

 

Auch hier lässt sich erkennen, dass die Frequenzen im Laufe der letzten Jahren immer weniger Abweichungen nach oben und nach unten aufweisen. Ein Muster nach Jahreszeit oder ähnlichem lässt sich hier nicht feststellen.

 

Standardabweichung der Netzfrequenz

Anstatt nur die unteren und oberen Grenzen der Frequenz zu betrachtem, ist auch die Standardabweichung interessant. Sie gibt an, um welchen Wert die Frequenz durchschnittlich um ihren Sollwert von 50Hz schwankt (für eine genauere bzw. korrekte mathematische Erklärung empfehle ich den Wikipedia-Artikel zur Standardabweichung).

Standardabweichung Netzfrequenz je Kalenderwoche

Standardabweichung Netzfrequenz je Kalenderwoche (Quelle: Netzfrequenz.info)

 

Auch die Standardabweichung ist im Laufe der Zeit geringer geworden. Das heisst, dass die Netzfrequenz weniger um ihren Sollwert von 50Hz schwankt. Deutlich zu erkennen ist ausserdem, dass die Schwankungen in der Wintermonaten stärker sind als im Sommer.

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Höchste Abweichungen der Netzfrequenz

Obwohl ich fast dauernd auf eine Netzfrequenzanzeige gucke, bin ich doch immer wieder überrascht, wenn die Frequenz (besonders in den Abenstunden zu den Stundenwechseln) sogar knapp unter 49,9Hz fällt. Auch gestern Abend lief die Kurve wieder aus dem unterem Bildschirmrand raus:

Netzfrequenz am 07. Januar 2015 am Abend

Netzfrequenz am 07. Januar 2015 am Abend (Quelle: Netzfrequenz.info)

Starke Schwankungen zu den Stundenwechseln sind normal und durch den Stromhandel und den damit verbunden notwendigen Netzumschaltungen bedingt. Diese Schwankungen sind je nach Jahreszeit zu verschiedenen Zeiten zu beobachten. Jetzt im Winter besonders ab 20:00 Uhr. Mal sind sie stärker und mal schwächer. Was genau der Grund für die unterschiedlichen Ausprägungen ist, ist mir noch nicht ganz klar.

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Analyse der Netzfrequenz Weihnachten 2014

Bereits vor einigen Tagen haben ich die Netzfrequenz über die Weihnachtsfeiertage zum Download angeboten. Wie dort bereits versprochen, gibt es jetzt auch eine Analyse, was die Daten überhaupt zu bedeuten haben und was man daraus ablesen kann.

 

Die Netzfrequenz – ein Indikator für die Ausgeglichenheit von Erzeugung und Verbrauch

Die Netzfrequenz beträgt in unserem Stromnetz 50Hz und schwankt leicht, je nachdem, wie gut Stromerzeugung und -Verbrauch miteinander abgestimmt sind. Strom kann nicht in den Netzen gespeichert werden und muss genau zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem er gebraucht wird. Wird mehr verbraucht als erzeugt, so liegt die Frequenz leicht unter 50Hz. Liegt die Frequenz dagegen höher als 50Hz, so ist das ein Zeichen für eine Übererzeugung (oder je nach Definition für einen Unterverbrauch). Derartige Schwankungen sind völlig normal und für eine funktionierende Regelung auch notwendig, solange sich die Netzfrequenzabweichungen in einem bestimmten Rahmen bewegen. Bild 1 zeigt den durchschnittlichen Verlauf der Netzfrequenz zusammengefasst über mehrere Tage einer Dezemberwoche mit ihren Min- und Max-Werten. Es ist zu erkennen, dass die Netzfrequenz jeden Tag einen ähnlichen Verlauf hat.

durchschnittlicher Verlauf der Netzfrequenz zusammengefasst über mehrere Tage einer Dezemberwoche mit ihren Min- und Max-Werten

[Bild 1] Durchschnittlicher Verlauf der Netzfrequenz zusammengefasst über mehrere Tage einer Dezemberwoche mit Min- und Max-Werten (Quelle: Netzfrequenz.info)


Viele Schwankungen werden durch den Stromhandel und den damit verbundenen notwendigen Netzumschaltungen verursacht. Diese zum Teil sehr starken Ausschläge sind besonders zu den Stundenwechseln zu beobachten.

 

Vorrausplanung der Energieversorger

Die Energieversorger überlassen die Höhe der Stromproduktion nicht dem Zufall, sondern sie planen bereits im Vorraus. Diese Planungen sind meistens ziemlich gut zutreffend, da sich das Verhalten der Bevölkerung und der Industrie jeden Tag ähnlich sind und somit auch die Art und Weise des Energieverbrauchs jeden Tag auf’s Neue wiederholt. Verändernde Parameter sind hauptsächlich das Wetter (für die Höhe der Einspeisung aus Wind-/Solarenergie). Weitere zu berücksichtigende Faktoren wären noch die Verfügbarkeit von (konventionellen) Kraftwerken, Leitungskapazitäten und natürlich auch die Jahreszeit. Diese Dinge sollen aber in diesem Beitrag nicht berücksichtigt werden, hier geht es in erster Linie um das Verhalten der Menschen während der Weihnachtsfeiertage.

 

Weniger Energieverbrauch an Feiertagen

Die Industrie ist in Deutschland der größte Stromverbraucher. Selbst an Feiertagen wird hier zwar noch viel Strom verbraucht, aber doch um einiges weniger als an normalen Arbeitstagen, da ein Großteil der Arbeitnehmer zu Hause bleibt. „Normale“ Feiertage sind aus verbrauchstechnischer Sicht eher wie ein Sonntag zu betrachten. Etwas anders sieht es hier aber an den Weihnachtsfeiertagen aus.

 

Weihnachten vs. „normale“ Feiertage

Während „normale“ Feiertage eher wie ein Sonntag betrachtet werden können, sieht das Weichnachten etwas anders aus. Hier gibt es den ersten und zweiten Weihnachtstag als „echte“ Feiertage und dann noch den Heiligabend, der offiziell eigentlich kein Feiertag ist. Diese 3 Tage folgen aufeinander – und auch in den Tagen davor und danach haben viele frei (Brückentage, Betriebsferien). Diese Tage sind auch nicht mit einem „normalen“ Sonntag oder anderem Feiertag vergleichbar, das Verhalten der Bevölkerung weicht von anderen Tagen ab. Es ist zwar jedes Jahr relativ gleich, aber auch hier gibt es von Jahr zu Jahr wieder leichte Unterschiede. Je nachdem, auf was für Wochentage Weihnachten fällt oder wie z.B. das Wetter ist.

 

Geplante und tatsächliche Last in Deutschland über Weihnachten

Bild 2 zeigt die (jeweils einen Tag vorher) von den Energieerzeugern eingeplante Last im Stromnetz und die Tatsächliche. Zum Vergleich gibt es noch die Daten der Vorwoche.

Geplante und tatsächliche Last Weihnachten 2014 mit Vergleich zur Vorwoche

[Bild 2] Geplante und tatsächliche Last Weihnachten 2014 mit Vergleich zur Vorwoche (Datenquelle: entsoe.net / Darstellung: Netzfrequenz.info)

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Frohe Weihnachten!

Ich wünsche allen frohe Weihnachten!

Heiligabend und am 1. Weihnachtstag gab es keine größeren Auffälligkeiten in der Netzfrequenz zu beobachten. Zumindest auf den ersten Blick gab es zwar ein paar Ausschläge, aber Schwankungen in der Netzfrequenz sind normal und kommen dauernd vor.

Am 24.12.2014 fallen lediglich die Aussreisser um 7:00 Uhr und um 16:00 Uhr in’s Auge:

Netzfrequenz am 24. Dezember 2014

Netzfrequenz am 24. Dezember 2014

Am 1. Weihnachtstag gibt es auch keine größeren Auffälligkeiten (Zwischen 10:00-11:00 Uhr fehlen hier ein paar Daten). Man könnte in die Kurve hineininterpretieren, dass die Last morgens geringer als erwartet war, Kraftwerke abgeschaltet wurden und dann zwischendurch doch etwas mehr verbraucht wurde, als der Tag am Anfang vermuten liess:

Netzfrequenz am 25. Dezember 2014

Netzfrequenz am 25. Dezember 2014

So viel erstmal nur auf die Schnelle zu den Daten. Ich werde sie mir die nächsten Tag noch einmal genauer ansehen und dann auch zum Download bereitstellen.

Langzeitverlauf und -Spektrum der Netzfrequenz

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Oktober2014

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Oktober2014

Dieses Mal sieht die Grafik zum Verlauf der Netzfrequenz leicht anders aus als früher. Nach dem Update meines Macs auf Yosemite lief meine gute alte Matlab-Version nicht mehr und ich musste auf die aktuelle R2014b updaten (wobei ich mich schon etwas wundere, dass ich bisher nicht das Bedürfnis nach einem Update hatte, das entspricht eigentlich so gar nicht meiner Natur 😉 ). Mit der neuesten Version scheint Matlab (zumindest in der Mac-Version) Probleme mit der Anzeige der Datenmenge zu haben. Weiterlesen

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz

Auch nach über 3 Jahren Netzfrequenzmessung gibt es keine neuen Überraschungen in dem Rasterdiagramm zum Verlauf der Netzfrequenz. Es ist weiterhin der Verlauf der Jahreszeiten zu erkennen und auch die starken Schwankungen an den Stundenwechseln aufgrund des Stromhandels bleiben unverändert.

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis August 2014

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis August 2014

Der Handel mit Viertelstundenprodukten nimmt immer mehr zu. Eigentlich wäre dadurch zu erwarten, dass die starken Frequenzsprünge an den Stundengrenzen etwas abnehmen und sich etwas besser verteilen. Eine Veränderung ist in dem Rasterdiagramm aber nicht zu erkennen.

Netzfrequenz zum WM-Finale

Das Finale der Fußball-Weltmeisterschaft 2014 war nicht nur aus sportlicher Hinsicht spannend. Auch aus Sicht der Energieversorgung war dieser 13. Juli 2014 ein interessanter Tag. Wie schon zum ersten Spiel der deutschen Mannschaft soll deswegen ein Blick auf die Netzfrequenz geworfen werden.

Die Netzfrequenz zum WM-Finale

Netzfrequenz zum WM-Finale am 13. Juli 2014 (Deutschland - Argentinien)

Netzfrequenz zum WM-Finale am 13. Juli 2014 (Deutschland – Argentinien) mit Vergleich zur Vorwoche (eigene Daten/Darstellung)

Das Bild zeigt die Netzfrequenz vor, während und nach dem Fußballspiel. Zum Vergleich die Netzfrequenz des Sonntages der Vorwoche.

Vor dem Spiel

Vor dem Spiel sind keine Auffälligkeiten der Netzfrequenz zu erkennen, die leichten Schwankungen sind absolut normal und verhalten sich genau wie in der Vorwoche.

Anpfiff

Zum Anpfiff um 21:00 Uhr gibt es noch keine Auffälligkeiten. Zu der jetzigen Jahreszeit gibt es auch um 21:00 Uhr keine starken Schwankungen aufgrund des Stromhandels. Guckt man genau auf die Kurve, stellt man zwar fest, dass die Frequenz im Gegensatz zur Vorwoche kurzzeit eher steigt als fällt, aber das ist nicht als Besonderheit anzusehen.

15 Minuten gespielt

Interessant wird es erst um 21:15 Uhr, nachdem das Spiel seit einer Viertelstunde läuft. Ich muss gestehen, dass ich keine Idee habe, warum die Frequenz in der Vorwoche plötzlich so abgesackt ist und in dieser Woche plötzlich so steigt.

Halbzeitpause

Hier ist am Anfang der Pause deutlich der Einfluss des Fußballspiels zu erkennen. Derartige Frequenzsprünge werden nur durch besondere Ereignisse (oder den Stundenhandel) verursacht. Der Stromverbrauch steigt stark an, weil jeder vom Fernseher aufspringt, Licht in der Toilette/im Kühlschrank anmacht, Pizza wieder aufwärmt und was man sonst noch so in Pausen macht. 😉
Das Absacken der Frequenz zum Ende der Pause ist aber wieder durch den Stundenhandel begründet.

Zweite Halbzeit

Während der zweiten Halbzeit gibt es keine Auffälligkeiten. Die Netzfrequenz hat einen ähnlichen Verlauf wie in der Vorwoche.

Ende der regulären Spielzeit

Zum Ende der regulären Spielzeit gibt es wieder einen starken Abfall der Frequenz zu beobachten, der mit dem Spiel zu begründen ist. Auch hier steigt der Stromverbrauch wie schon in der Halbzeitpause kurzzeitig stark an und sinkt zum Ende der Pause wieder.

Verlängerung

Zu Beginn der Verlängerung könnte man meinen, dass hier ein besonders großer Abfall der Netzfrequenz stattfindet. Das passiert auch, aber der Grund ist hier der Stundenhandel. Zu der jetzigen Jahreszeit macht sich der Stundenhandel um 23:00 Uhr immer sehr stark bemerkbar, wie auch an dem Frequenzverlauf der Vorwoche zu erkennen ist.

Spielende

Wieder sackt die Frequenz kurz ab. Und auch hier ist der Grund ein kurzzeitig höherer Stromverbrauch, weil jeder vom Fernseher aufspringt und kurz ein paar andere Sachen erledigt.

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Verlauf der Netzfrequenz

Mit Erschrecken musste ich gerade feststellen, dass ich das letzte Mal vor einem halben Jahr ein Rasterdiagramm mit dem Verlauf der Netzfrequenz gepostet habe. Das geht natürlich nicht, deswegen gibt es heute auf die Schnelle ein Neues:

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Juli 2014

Verlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Juli 2014

Mittlerweile messe ich die Netzfrequenz seit über 3 Jahren. Beim Vergleich der einzelnen Jahre fällt auf, dass sich das Muster weiterhin immer wiederholt. Trotz des massiven Zubaus von Wind- und Solaranlagen lassen sich keine Änderungen im Laufe der Jahre feststellen.

Netzfrequenz zur WM

Die Fußball-WM ist eines der Ereignisse, bei denen es sich lohnt, mal einen genaueren Blick auf die Netzfrequenz zu werfen. Hier die Frequenz während des Spiels Deutschland – Portugal am 16. Juni 2014. Zum Vergleich ist in dem Bild auch der Frequenzverlauf des Montages der Vorwoche zu sehen.

Netzfrequenz zur WM (Deutschland - Portugal)

Netzfrequenz zur WM (Deutschland – Portugal)

Vor dem Spiel

Bis eine Stunde vor Anpfiff der Partie verläuft die Netzfrequenz ähnlich wie in der Vorwoche. Dann ist allerdings ein leichter Abfall zu beobachten – was durchaus auch an Tagen ohne WM passieren könnte -, aber bei Betrachtung des Gesamtbildes wäre auch die Mutmassung nicht falsch, dass hier aufgrund der Spielvorbereitungen (Pizza im Backofen, Essen auf dem Herd, Elektrogrill auf dem Balkon, noch schnell in’s Badezimmer) der Stromverbrauch etwas zugenommen hat.

Anpfiff

Zum Anpfiff steigt die Frequenz stark an, was entweder auf eine Abnahme des Stromverbrauches hindeutet oder auf eine Zunahme in der Erzeugung. Mit dem Anpfiff des Fußballspieles hat das aber nichts zu tun. Schuld ist hier der Stundenhandel an der Strombörse, wodurch zu dieser Jahreszeit jeden Tag eine Spitze um 18:00 Uhr zu beobachten ist.

Erste Halbzeit

In der ersten Halbzeit liegt die Netzfrequenz etwas höher als zum gleichen Zeitpunkt der Vorwoche. Das könnte daran liegen, dass hier nur die Fernseher an sind, aber kein Essen gekocht und auch sonst kaum Haushaltsgeräte genutzt werden. Gearbeitet wird zu diesem Zeitpunkt auch eher weniger, also auch die Industrie benötigt weniger Strom.

Halbzeitpause

Jetzt wird es Interessant. Aufgrund des Handels von Viertelstundenprodukten gibt es öfters auch viertelstündliche Ausschläge. Allerdings scheint dieser starke Abfall der Netzfrequenz eher am Beginn der Halbzeitpause und einem damit verbundenen erhöhten Stromverbrauch zu liegen (schnell noch was Aufwärmen, Licht im Badezimmer und im Kühlschrank 😉 einschalten). In der Vorwoche gab es auch stärkere Abfälle an den Viertelstundenwechseln, zur Halbzeitpause um 18:47 Uhr ist dieser Abfall aber wesentlich stärker als zu den vorherigen & späteren Zeitpunkten.

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Netzfrequenz zur Earth Hour

Wie zu erwarten war, gab es zur gestrigen Earth Hour keine Auffälligkeiten in der Netzfrequenz. Und wie gestern versprochen, gibt es heute die Netzfrequenzen für den Zeitraum, an dem die Earth Hour stattgefunden hat:

Netzfrequenz am 29. März 2014 zur Earth Hour

Netzfrequenz am 29. März 2014 zur Earth Hour

Um 20:30 Uhr gab es – wie derzeit eigentlich jeden Tag – einen leichten Abfall der Frequenz. Dieser ist aber nicht durch den Beginn der Earth Hour begründet, sondern eher durch den Handel an der Strombörse. Ausserdem würde das Abschalten von Verbrauchern die Frequenz steigen lassen, um 20:30 Uhr ist diese aber gesunken.

21:30 Uhr markiert das Ende der Earth Hour. Hier gibt es wieder einen Abfall der Netzfrequenz zu beobachten. Theoretisch würde die Frequenz fallen, wenn (wieder) viele Verbraucher angeschaltet werden. Allerdings hängt auch dieser Abfall nicht mit der Earth Hour zusammen, denn er ist im Moment jeden Abend zur gleichen Zeit zu beobachten. Ich kann mir auch nicht vorstellen, dass alle Teilnehmer der Earth Hour wirklich Punkt 20:30 Uhr ihre Lampen aus- und um 21:30 Uhr wieder eingeschaltet haben.

 

Vergleich zur Vorwoche

Zum Vergleich noch einmal die Frequenz des Samstags der Vorwoche und gestern in einem Bild:

Vergleich Netzfrequenz während der Earth Hour zur Vorwoche

Vergleich Netzfrequenz während der Earth Hour zur Vorwoche

Die Netzfrequenzen an den beiden Samstagen haben einen ähnlichen Verlauf. Es ist kein Einfluss der Earth Hour zu erkennen.

 

Gefahr für die Energieversorgung?

Obwohl hier nur die Netzfrequenz zur Earth Hour beleuchtet wurde, kann man sagen, dass diese Aktion keine Gefahr für unsere Versorgungssicherheit darstellt. Durch das Abschalten der Lampen wird allerdings auch nicht wirklich signifikant Energie eingespart. Trotzdem sind solche Aktionen wie die Earth Hour sinnvoll, um das Thema Energiesparen mehr in das Bewusstsein zu bringen.