Aktuelle Netzfrequenz vs. Vorjahresdaten

Es gibt mal wieder eine neue Anzeige, welche nicht nur die aktuelle Netzfrequenz anzeigt, sondern auch (aufbereitete) Vorjahresdaten:

 

Aktuelle Netzfrequenz mit Vorjahresdaten

Aktuelle Netzfrequenz mit Vorjahresdaten

 

Verlauf der Netzfrequenz der letzten Jahre

Die Daten der Vorjahre wurden als Grundlage für die Anzeige genommen. Anhand der Rasterdiagramme zur Netzfrequenz lassen sich sehr gut die Verläufe der Jahreszeiten, der Tageszeiten und die starken Ausschläge zu den Stundenwechseln erkennen.

 

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis Dezember 2016

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis Dezember 2016

 

Alles übereinandergelegt

Legt man die einzelnen Jahre übereinander, sind die einzelnen, sich wiederholenden Kurven besonders deutlich:

 

Die Verläufe der Netzfrequenz aus den Jahren 2012 bis 2016 übereinandergelegt

Die Verläufe der Netzfrequenz aus den Jahren 2012 bis 2016 übereinandergelegt

 

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Sonnenfinsternis und die Netzfrequenz

Netzfrequenzanzeige für Mobilgeräte

Netzfrequenzanzeige für Mobilgeräte

Die Sonnenfinsternis am 20. März 2015 wird die Energieversorger vor eine gewisse Herausforderung stellen. Ob sie diese Herausforderung meistern, wird sich sehr gut an der Netzfrequenz ablesen lassen. Um die Netzfrequenz während der Sonnenfinsternis auch „ausser Haus“ gut beobachten zu können, gibt es jetzt auch eine Echtzeitanzeige mit einer für mobile Endgeräte optimierten Darstellung:
http://www.netzfrequenz.info/mobile/mobile.html

 

Die größten in den letzten Jahren beobachteten Abweichungen lagen bei ungefähr +/-0,15Hz. Um diesen Bereich – und noch etwas mehr – abzudecken, liegt der Anzeigebereich der Anzeige zur Netzfrequenz bei 49,8Hz bis 50,2Hz. Ich gehe nicht davon aus, dass der Zeiger diesen Bereich am 20. März ausnutzen wird.

 

Da sich Strom nicht in relevanten Größenordnungen speichern lässt, muss immer genau so viel erzeugt wie verbraucht werden. Ein Ungleichgewicht macht sich in der Netzfrequenz bemerkbar. Bei einer zu hohen Einspeisung steigt die Netzfrequenz über ihren Sollwert von 50Hz und bei einer zu niedrigen sinkt sie unter den Sollwert. Studien gehen davon aus, dass wegen der Sonnenfinsternis durch den Wegfall der Solareinspeisung mit einer Differenz von bis zu 18,5GW zu rechnen ist. Selbst diese hohe Differenz lässt sich im Normalfall sehr gut ausgleichen, die Herausforderung ist in diesem Fall aber die Änderungsgeschwindigkeit. Im Gegensatz zum Sonnenauf- und Untergang fällt die Solareinspeisung sehr plötzlich weg und setzt auch sehr plötzlich wieder ein.

 

Eine Veränderung von 18,5GW würde sich ohne Gegenmassnahmen in der Netzfrequenz mit einer Differenz von ungefähr +/- 1Hz bemerkbar machen. Bei einem Wegfall würde sie auf 49Hz absinken und bei dem plötzlichen Zuschalten einer derartigen Leistung könnte die Frequenz auf 51Hz steigen. Theoretisch wären sogar diese Frequenzwerte möglich, ohne dass gleich das komplette Stromnetz zusammenbricht. Erst ab einer Frequenz unter 49Hz wird „Last abgeworfen„, also einzelne Bereiche (z.B. Städte) von der Stromversorgung getrennt. Bei einem zu hohen Anstieg der Frequenz reduzieren Solaranlagen automatisch ihre Einspeisung, wodurch das mögliche Problem einer zu starken Einspeisung zum Ende der Sonnenfinsternis abgeschwächt wird. Das 50,2Hz-Problem sollte durch die Änderungen in der letzten Zeit zum Glück nicht mehr auftreten. Dafür gibt es aber noch das 49,5Hz-Problem, da sich bei diesem Wert viele einspeisende Anlagen vom Netz trennen.

 

So viel zur (stark vereinfachten) Theorie zum Bereich der Netzfrequenz. Es gibt natürlich noch weitere Parameter neben der Frequenz, die hier bedacht werden müssen. Aber da die Energieversorger schon seit Ewigkeiten von diesem Ereignis wissen, werden sie es sicherlich gut im Griff haben und ich wage die Prognose, dass sich die Sonnenfinsternis nicht signifikant auf die Netzfrequenz auswirken wird.

Langzeitverlauf der Netzfrequenz

Der Sollwert der Netzfrequenz beträgt 50Hz. Je nach Einspeisung und Verbrauch weicht die Netzfrequenz allerdings etwas von diesem Wert ab. Da Strom nicht (bzw. nur in sehr geringem Umfang) gespeichert werden kann muss immer genau so viel Strom erzeugt werden wie auch verbraucht wird. Ein Ungleichgewicht macht sich in der Netzfrequenz bemerkbar. Diese Abweichungen sind nicht schlimm, sondern Regelungstechnisch sogar notwendig, solange sie einen bestimmten Toleranzbereich nicht überschreiten (siehe auch die Erklärungen hier). In den fast 4 Jahren, die ich schon die Netzfrequenz aufzeichne, lag die maximale, kurzfristige Abweichung bei ungefähr +/- 150mHz, also noch völlig im erlaubten Bereich (langfristig wären bis zu +/- 180mHz erlaubt).

Diese Abweichungen sind nicht zufällig verteilt, sondern folgen bestimmten Ereignissen:

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis Februar 2015

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis Februar 2015

Sonnenstand und Netzfrequenz

Deutlich zu erkennen ist eine Wiederholung in den Abendstunden. Hier liegt die Netzfrequenz zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs eher unter 50Hz und ist zu den Stundenwechseln stark erhöht. Auch in den Morgenstunden – zum Sonnenaufgang – zeigt sich ein ähnliches Bild. Etwas undeutlicher zu erkennen ist das Muster zur Mittagszeit, aber hier zeigt sich bei genauerem Hinsehen ein Muster, welches der Höhe des Sonnenstands zu folgen scheint. Diese Abhängigkeiten von der Sonne liegen nicht (nur) an der Einspeisung durch Photovoltaik. Vielmehr ist (auch) das Verhalten der Energieverbraucher ein Grund dafür. In den Wintermonaten wird früher das Licht eingeschaltet, das Heiz- und Kühlverhalten (Klimaanlagen) verändert sich und man hält sich eher zu Hause auf als es in den Sommermonaten der Fall ist – wodurch sich natürlich auch der Energieverbrauch ändert.

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Download Netzfrequenz Weihnachten 2014

Netzfrequenz Weihnachten 2014

Netzfrequenz Weihnachten 2014

Wie versprochen hier der Download der Daten zur Netzfrequenz von den Weihnachtsfeiertagen:

CSV-Datei Netzfrequenzdaten Weihnachten 2014

Die Daten sind unbearbeitete Rohdaten meines Zweitmessgerätes. Das Messgerät gibt etwas zu häufig Werte aus, deswegen sind einige doppelt und die Datei hat etwas über 5.000 Werte zu viel. Die Zeitstempel stimmen aber, so kann dann jeder selber die überschüssigen Werte herausfiltern.

Da ich unterwegs bin, kann ich die Daten jetzt nicht besser aufarbeiten. Leider wird aus dem Grund auch die Auswertung und Analyse noch etwas auf sich warten lassen.

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.

Verlauf der Netzfrequenz über 1 Stunde

Verlauf der Netzfrequenz über eine Stunde

Verlauf der Netzfrequenz über eine Stunde (10. November 2013)

Es ist eine neue Netzfrequenzanzeige dazu gekommen, die den Verlauf der letzten Stunde anzeigt. Genauer genommen den Verlauf der letzten 70 Minuten, damit ein aktueller Stundenwechsel mit dem der vorherigen Stunde verglichen werden kann. Angezeigt wird nicht nur der Mittelwert der letzten Minute. Damit auch „Ausreisser“ nicht verloren gehen, werden zusätzlich das Minimum und Maximum der letzten Minute angezeigt. So lässt sich besser beobachten, in welchem Rahmen sich die Netzfrequenz gerade bewegt.

Aufgrund dieser Art der Anzeige der Netzfrequenz bin ich neulich an dem Sturmtag darauf aufmerksam geworden, dass der Verlauf der Netzfrequenz etwas anders als normal war.

Dass die Frequenz in dem Beispielbild zum Beitrag um kurz nach 23:00 Uhr so extrem abgesackt ist (bis auf 49,89Hz), wird durch den stundenweisen Stromhandel verursacht und ist für diese Uhrzeit normal.

Update Anzeige der „Regelleistung“

Netzfrequenz_und_Regelleistung-2

Netzfrequenz und Regelleistung

Die Höhe der notwendigen Regelleistung ist von der Gesamtlast im Netz abhängig. Bei Schwachlast muss weniger Energie eingesetzt werden um die Netzfrequenz zu beeinflussen als bei einer hohen Gesamtlast. In der Anzeige, die den Zusammenhang zwischen Netzfrequenz und Regelleistung verdeutlichen soll, wurde dieser Umstand bisher nicht berücksichtigt und stattdessen ein fester Mittelwert genommen.

Hier gab es eine kleine Änderung in der Berechnung und jetzt fliessen auch die Tageszeit und der Wochentag mit ein. Für die Tageszeitwerte werden Lastwerte der vorherigen Tage genommen, wobei natürlich auch die Wochentage berücksichtigt werden. Für die Lastdaten dient Entsoe.net als Quelle, wobei angenommen wurde, dass der Lastverlauf in Deutschland mit dem Gesamtlastverlauf im Verbundnetz übereinstimmt.

„Regelleistung“ ist im Titel in Anführungszeichen gesetzt, da eigentlich nicht wirklich die eingesetzte Regelleistung berechnet wird, sondern nur verdeutlicht werden soll, wie viel Energie ungefähr nötig ist um die Netzfrequenz wieder auf den Sollwert von 50Hz zurückzuführen.

Über die Netzfrequenzmessung

Warum wird hier gemessen?
Für meine Diplomarbeit über die Untersuchung des Zusammenhanges der Netzfrequenz und der eingesetzten (Sekundär)Regelleistung wurden Werte zur Netzfrequenz benötigt. Da ich keine Quelle gefunden habe und (zum damaligen Zeitpunkt) auch keine Geräte, die für so eine Netzfrequenzmessung geeignet waren, wurde das Netzfrequenzmessgerät kurzerhand einfach selber entwickelt.

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Trompetenkurve (und mehr…)

Zusätzlich zur Anzeige der Netzfrequenz gibt es jetzt noch eine Anzeige mit der errechneten Trompetenkurve – bzw. meiner abgewandelten Interpretation davon.

In dieser Anzeige werden nicht nur die Frequenz und die Trompetenkurve, sondern auch noch Mittelwerte über 1 Minute & 15 Minuten und eine Kurve zur Primärregelleistung dargestellt (nicht gewünschte Anzeigen lassen sich über einen Klick auf die Legende ein- und ausschalten).

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Netzfrequenz in den Übertragungsnetzen von Tennet und 50Hertz

Wie schon unter schnappoid.de gibt es hier jetzt auch die Netzfrequenz aus den Übertragungsnetzen von Tennet und 50Hertz in Echtzeit online:
http://www.netzfrequenz.info/verlauf-3-minuten-tennet50hertz

Wobei dazu gesagt werden muss, dass diese Anzeige eigentlich nicht sonderlich viel Sinn macht. Die Netzfrequenz ist im gesamten europäischen Verbundnetz der UCTE gleich, also müssten meine beiden Kurven immer synchron laufen. Dass sie das nicht machen, liegt unter anderem an Messfehlern (das eine Gerät liegt im langfristigen Durchschnitt etwa 1mHz über dem anderen) und sind teilweise auch Darstellungs- und Übertragungsfehler, da ich mir bei dieser Anzeige nicht so viel Mühe gegeben habe. Für mich dient diese Anzeige lediglich dazu, eine Übersicht über die Funktionsfähigkeit der beiden Geräten zu haben und Ausfälle schnell erkennen zu können.