Netzfrequenz und Fußball-WM (GER-MEX)

Häufig kommt die Frage auf, in welcher Form sich gesellschaftliche Ereignisse auf den Stromverbrauch und die Netzfrequenz auswirken. Bereits zur letzten Fußball-WM (bei der Deutschland wohl noch besser gespielt hat als zur jetzigen 😉 ) konnten u.a. beim Finalspiel Deutschland – Argentinien Auffälligkeiten beobachtet werden.

So war es auch am 17. Juni 2018 beim Spiel Deutschland – Mexiko:

Netzfrequenz während des WM-Vorrundenspiels Deutschland - Mexiko

Netzfrequenz während des WM-Vorrundenspiels Deutschland – Mexiko

Stromerzeugung und Verbrauch müssen jederzeit ausgeglichen sein

Die Netzfrequenz hängt davon ab, wie gut Stromerzeugung und Verbrauch in dem Moment ausgeglichen sind. Ein Absinken der Frequenz unter 50Hz bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt mehr Energie verbraucht als in das Stromnetz eingespeist wird. Steigt die Netzfrequenz über 50Hz, dann gibt es zu dem Zeitpunkt ein Überangebot an Strom.

Was zeigt das Bild?

In der Grafik ist die höher aufgelöste Kurve (die „zappeligere“ Linie) die aktuelle Netzfrequenz. Die restlichen Kurven sind Daten aus den Vorjahren zum gleichen Zeitraum in jeweils einer Auflösung von 5 Minuten. Das sind zum einen der Durchschnittswert, Minimum und Maximum und 1σ (1 Sigma) bzw. 2σ. Die σ-Werte sagen etwas über die Wahrscheinlichkeit aus, mit der sich die Messwerte in einem bestimmten Bereich befinden (siehe auch Normalverteilung bei Wikipedia).
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Die Netzzeit hat sich normalisiert

Jetzt alle schnell die Uhren stellen. 😉
Die Netzzeit hat sich wieder normalisiert und hatte heute morgen um 8:00 Uhr keine Abweichung mehr zur Weltzeit.

Netzfrequenzabweichung und Netzzeit

Netzfrequenzabweichung und Netzzeit (Quelle Screenshot: swissgrid)

Vor ein paar Tagen hatte ich noch prognostiziert, dass es noch ungefähr 2-3 Wochen dauern wird, bis sich die Netzzeit wieder an die Weltzeit angeglichen hat. Das ging jetzt wesentlich schneller, da der Mittelwert der Netzfrequenz in den letzten Tagen über dem Sollwert lag. Dadurch wurde innerhalb eines Tages ungefähr eine halbe Minute aufgeholt. Alleine in den letzten 24 Stunden waren es 42 Sekunden:

Netzzeitabweichung wieder auf 0

Netzzeitabweichung wieder auf 0 (Quelle: Daten von swissgrid, eigene Darstellung)

Es wird auch in Zukunft kleine Abweichungen zwischen Netzzeit und Weltzeit  geben. Diese sollten aber nicht mehr als 20-30 Sekunden betragen und dann schnell wieder aufgeholt werden.

Die Netzzeit normalisiert sich

Nachdem die Abweichung der Netzzeit zur Weltzeit seit Anfang des Jahres immer größer geworden ist und am 14. März 2018 um ungefähr 23:20 Uhr die Differenz mit fast -382 Sekunden (über 6 Minuten) am größten war, normalisiert sich der Wert seitdem wieder. Derzeit besträgt die Abweichung „nur“ noch -180 Sekunden, Synchronuhren (wie zum Beispiel Radiowecker und Uhren von Küchengeräten) gehen jetzt also noch 3 Minuten nach.

Größte Abweichung der Netzzeit am 14. März 2018

Größte Abweichung der Netzzeit am 14. März 2018 um 23:20 Uhr

Zur Umstellung von der Winter- auf die Sommerzeit am 25. März 2018 betrug die Abweichung 280 Sekunden. Davon ausgehend, dass jeder zu diesem Zeitpunkt seine Uhren wieder auf den korrekten Wert gestellt hat, werden die betroffenen Uhren bald ungefähr 4,5 Minuten vor gehen, wenn die Netzzeit wieder korrigiert wurde. Diese Korrektur des Mittelwertes der Netzfrequenz dürfte in den nächsten 2-3 Wochen erfolgt sein. Die Uhren müssen also noch ab und zu nachgestellt werden, wenn man nicht morgens zu früh aufstehen möchte. Weiterlesen

Weiterhin steigende Netzzeitabweichung

Die Uhrzeit hat sich weiterhin nicht „erholt“. Als ich am 28. Februar 2018 darüber berichtet habe, lag die Abweichung der Netzzeit bei -280 Sekunden. Derzeit sind es -360 Sekunden. Es sind also noch einmal 80 Sekunden dazu gekommen.

Netzzeit 01.03.-13.03.2018

Netzzeit 01.03.-13.03.2018

Aufklärung durch ENTSO-E

Am 06. März 2018 veröffentlichten die ENTSO-E und Swissgrid Pressemitteilungen, dass der Fehler in Serbien und Kosovo lokalisiert ist. Zu dem Zeitpunkt lag die Abweichung bei ungefähr -345 Sekunden. In einer weiteren Pressemitteilung vom 08. März 2018 hiess es, dass die Frequenzabweichung gestoppt wurde und als nächstes Maßnahmen ergriffen werden, um die Netzzeit wieder an die Weltzeit anzugleichen. An diesen Tagen hielt sich die Netzfrequenz relativ stabil bei -345s. Mittlerweile ist aber wieder ein Abwärtstrend zu beobachten und das Problem ist offensichtlich nicht behoben.

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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

 

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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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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Gefahr durch Sonnenfinsternis? [Update]

Der Spiegel schreibt in einem Artikel, dass sich die deutschen Stromnetzbetreiber vor der Sonnenfinsternis am 20. März 2015 fürchten. Laut Spiegel beträgt die installierte Leistung 40 Gigawatt und solch ein abrupter Leistungsverlust sei schwer auszubalancieren. Was ist von dieser Aussage zu halten? Im Prinzip ist beides richtig, allerdings wird hier ein Zusammenhang suggeriert, den es so nicht gibt. Nur, weil die installierte Leistung 40 Gigawatt beträgt, erzeugen die Solaranlagen noch lange nicht so viel und die Sonnenfinsternis wird auch nicht dafür sorgen, dass urplötzlich die komplette Solareinspeisung wegfällt.

Das folgende Bild zeigt die Stromerzeugung aus Solarkraft am 20. März 2014 (Quelle):

Produktion Solar am 20. März 2014

Produktion Solar am 20. März 2014 (Quelle: http://www.transparency.eex.com/de/daten_uebertragungsnetzbetreiber/stromerzeugung/tatsaechliche-produktion-solar )

Die größte Einspeisung gab es zur Mittagszeit mit etwas über 22 Gigawatt. Würden diese 22 GW aufgrund einer Sonnenfinsternis plötzlich innerhalb von ein paar Sekunden wegfallen, dann wäre ein Stromausfall vorprogrammiert, das ließe sich durch Regelenergie nicht ausgleichen. Das würde in der Form aber nicht passieren. Selbst bei einer totalen Sonnenfinsternis bedeckt der Kernschatten nicht ganz Deutschland auf einmal, es gibt also keinen gleichzeitigen „Ausfall“ sämtlicher Solaranlagen. Weiterlesen

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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