Einfluss des Stromausfalls in der Türkei auf das Stromnetz? [Update]

Gestern gab es einen großen Stromausfall in der Türkei. Ab 10:36 Uhr Ortszeit (9:36 Uhr nach unserer Zeit) fiel der Strom für 8 Stunden aus. Die Türkei ist zwar kein Mitglied der ENTSO-E, aber das türkische Netz läuft im Testbetrieb synchron zum Europäischen Verbundnetz.

In der Netzfrequenz sind deutliche Einflüsse eines Ereignisses um 9:36 Uhr (MESZ) zu erkennen:

Netzfrequenz zum Zeitpunkt des Stromausfalls in der Türkei

Netzfrequenz zum Zeitpunkt des Stromausfalls in der Türkei

Der zeitliche Zusammenhang deutet darauf hin, dass der Stromausfall in der Türkei die Frequenz des europäische Verbundnetzes beeinflusst hat.

Es ist möglich, dass die gestrige Auffälligkeit in der Netzfrequenz etwas mit dem Ende des Stromausfalls zu tun hat und zu dem Zeitpunkt das Netz der Türkei wieder mit dem restlichen Verbundnetz synchronisiert wurde.

[Update]: Obwohl der Zeitpunkt dieser Frequenzschwankung sehr gut mit dem Zeitpunkt des Stromausfalls in der Türkei zusammenhängt, muss nicht unbedingt ein Zusammenhang bestehen. Gegen diesen Zusammenhang spricht, dass es bereits am Vortag eine ähnliche Schwingung im Netz gab:

Schwingung der Netzfrequenz am 30. März 2015

Schwingung der Netzfrequenz am 30. März 2015

 

Einbruch der Netzfrequenz

Kurzmitteilung

[Kurzmitteilung]: Der kurze, starke Einbruch in der Netzfrequenz heute um 18:32 Uhr war kein Messfehler – wie ausser mir sicherlich mehrere gedacht haben. Alle Messgeräte haben die gleichen Werte. Hier ein Bild mit dem Mittelwert aus den jeweiligen Sekunden über alle Messgeräte:

Kurzer Einbruch der Netzfrequenz

Kurzer Einbruch der Netzfrequenz

Derartige Einbrüche (besonders den kurzen Zeitraum mit sofortigem Anstieg) konnte ich bisher selten beobachten.

Earth Hour am 28. März 2015

Am 28. März 2015 findet wieder die jährliche Earth Hour statt. Ab 20:30 Uhr werden überall auf der Welt für eine Stunde die Lichter ausgeschaltet, um damit ein Zeichen für den Klimaschutz zu setzen.

Auswirkungen auf die Stabilität des Stromnetzes?

Da Stromerzeugung und Verbrauch immer im Gleichgewicht sein müssen – ein Ungleichgewicht würde sich unter anderem an der Netzfrequenz ablesen lassen -, würde das massenhafte Abschalten von Verbrauchern bedeuten, dass plötzlich ein Erzeugungsüberschuss auftritt und die Netzfrequenz steigt. Die letzten Jahre haben aber gezeigt, dass es keine Auswirkungen auf die Netzfrequenz gab.

Durch das Abschalten der Beleuchtung für eine Stunde wird auch nicht wirklich Energie eingespart, es ist aber eine schöne Aktion, um auf den Klimaschutz hinzuweisen und die Notwendigkeit für verantwortungsbewussten Energieverbrauch wieder in die Köpfe zu bringen.

(Kurz-)Analyse Sonnenfinsternis

Die Sonnenfinsternis vom 20. März 2015 wurde besonders mit Sicht auf die Stabilität der Stromversorgung mit Spannung erwartet. Einen Blackout gab es nicht* – und eine Betrachtung der Netzfrequenz des Tages zeigt, dass die Stromversorgung auch zu keinem Zeitpunkt gefährdet war (zumindest, was den Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch angeht):

Die Netzfrequenz während der Sonnenfinsternis am 20. März 2015

Die Netzfrequenz während der Sonnenfinsternis am 20. März 2015

 

Es ist zu erkennen, dass die Netzfrequenz zu Beginn der Sonnenfinsternis langsam etwas heruntergeht. Das hängt mit der nachlassenden Einspeisung durch die Photovoltaik zusammen. Nach und nach werden (konventionelle) Kraftwerke zugeschaltet, um die fehlende Solarenergie zu ersetzen. Nach der größten Bedeckung der Sonne werden innerhalb einer Stunde wieder 15GW durch Solarenergie mehr in das Netz eingespeist und die konventionellen Kraftwerke wieder heruntergefahren. Kraftwerke werden hauptsächtlich im Viertelstundentakt zu- und abgeschaltet, daher die häufigen Spitzen.

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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.

Langzeitbetrachtung der Regelleistung

In den Rasterdiagrammen zur Netzfrequenz zeigen sich so gut wie keine Veränderungen im Laufe der Zeit. Eigentlich ist das ein gutes Zeichen, lediglich die Sichtbarkeit des Stromhandels an den Stundengrenzen könnte sich gerne verringern. Es zeigt aber, dass die Mechanismen zur Frequenzhaltung funktionieren. Bei Abweichungen der Netzfrequenz wird Regelleistung eingesetzt, um die Frequenz wieder auf ihren Sollwert von 50Hz zurück zu führen. Zuerst beteiligen sich alle Kraftwerke im gesamten Verbundnetz durch den Einsatz von Primärregelleistung (PRL). Diese PRL wird kurze Zeit später von der Sekundärregelleistung (SRL) eingesetzt – wobei hier nur die für die Abweichung verantwortliche Regelzone für den Einsatz von SRL zuständig ist. Hier ist interessant, in welcher Größenordnung die Regelleistung im Laufe der Zeit eingesetzt wurde und ob es (im Gegensatz zum Verlauf der Netzfrequenz) Veränderungen gibt. Daten zur PRL gibt es nicht, aber viertelstündliche Daten zur abgerufenen SRL sind über regelleistung.net beziehbar.

 

Rasterdiagramme zur Regelleistung

Die folgenden Bilder zeigen – änhlich wie in den Rasterdiagrammen zur Netzfrequenz – den Langzeitverlauf der abgerufenen SRL. Zunächst ein Diagramm mit addierten Werten (positive SRL minus negative SRL), für eine bessere Darstellung und Vergleichbarkeit wurden die Maximalwerte in sämtlichen Rasterdiagrammen auf 2000MW begrenzt:

Rasterdiagramm zur abgerufenen Sekundärregelleistung von Juni 2011 bis Februar 2015

Rasterdiagramm zur abgerufenen Sekundärregelleistung von Juni 2011 bis Februar 2015 (Datenquelle: regelleistung.net / Darstellung: Netzfrequenz.info; Markus Jaschinsky)

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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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Messausfälle seit 04. Februar [Update: Probleme behoben]

Heute wird es zu Messausfällen kommen. Beziehungsweise eher zu Anzeige-/Darstellungsfehlern. Mein Telefonanbieter (o2) stellt meine gute alte POTS-Leitung mit aufgesetztem DSL auf einen VOIP-basierten Telefonanschluss um. Dadurch werde ich für mehrere Stunden kein Internet haben (hoffentlich nicht länger). Die Messung der Netzfrequenz ist zwar redundant, ich speichere die Messwerte an mehreren Stellen und die Geräte sind über eine USV gegen Stromausfall gesichert. Aber die Anzeige der Werte auf der Homepage sind nur von dem einen Messgerät abhängig, welches bei mir zu Hause steht. Da es bisher immer ziemlich gut lief, habe ich da keine Absicherung eingebaut.

[Update 15.02.2015] Die Ausfälle halten an. Die Umstellung meines Internetanschlusses liefen nicht reibungslos und es gibt weiterhin Probleme mit der Anbindung, somit auch mit der Echtzeitanzeige der Netzfrequenz. Mittlerweile werden die Netzfrequenz-Werte auf dieser Seite auch von einem Messgerät an einer anderen Stelle genommen, aber die Änderungen für eine komplett redundante Übertragung/Anzeige sind noch nicht abgeschlossen.

[Update 26.02.2105] Die Ausfälle wurden behoben. Ein Techniker meines Telefonanbieters war vor Ort und konnte die Probleme lösen. Es sollte also nicht mehr zu Ausfällen kommen.

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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