Langzeitverlauf der Netzfrequenz (2011 – 2016)

Nachdem das Jahr 2016 zu Ende ist, gibt es hier auch ein neues Rasterdiagramm zur Netzfrequenz, in dem der Langzeitverlauf dargestellt wird.

Für weitere Erklärungen dazu empfehle ich meinen Beitrag vom März.

Rasterdiagramm zum Langzeitverlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Dezember 2016

Rasterdiagramm zum Langzeitverlauf der Netzfrequenz von Juni 2011 bis Dezember 2016

Mittlerweile ist der Verlauf von fünfeinhalb Jahren auf das Bild gequetscht, was die Sache nicht unbedingt übersichtlicher macht. Ich werde mir mal Gedanken machen, wie man das Ganze schöner gestalten kann. 🙂

Langzeitverlauf der Netzfrequenz (06.2011-03.2016)

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 5 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:

Netzfrequenz von Juni 2011 bis März 2016

Rasterdiagramm zur Netzfrequenz von Juni 2011 bis März 2016

 

Abweichungen im Tagesverlauf

Die Abweichungen in der Frequenz gegenüber 50Hz sind umso stärker, je stärker die Laständerung ist. Starke Laständerungen entstehen durch nicht prognostiziertes Verhalten der Verbraucher, Netzfehler und Kraftwerksausfälle. Seit der verstärkten Nutzung von regenerativen Energien wie Solar- oder Windkraft spielt auch hier die Genauigkeit der Wettervorhersage eine große Rolle, da das Wetter den Ertrag dieser Energieformen stark beeinträchtigt. Die Erzeugung konventioneller Energien kann gut gesteuert und somit auch gut vorhergesagt werden, bei den Regenerativen ist dieses nicht immer der Fall.

Auffällig ist, dass sich die Abweichungen von der Sollfrequenz nicht durch ein gleichmäßiges Rauschen bemerkbar machen, sondern dass die Frequenzänderungen besonders zum Stundenwechsel auftreten. Der Grund dafür ist, dass die Bilanzkreisverantwortlichen zwar eine Prognose pro Viertelstunde abgeben, die Händler an der Strombörse aber größtenteils stundenweise die Kapazitäten einkaufen und diese dann auch erst zum Stundenwechsel zugeschaltet werden. Dadurch kommt es besonders in den Morgenstunden und im Winter auch in den Abendstunden zu einer Überversorgung nach der Aktivierung der Leistung und die Netzfrequenz steigt kurzzeitig bis zum Einsetzen der (negativen) Regelleistung.

In den späten Abendstunden und am frühen Morgen zeigt sich ein umgekehrtes Bild. Hier wird stundenweise die Erzeugung heruntergefahren. Das hat zur Folge, dass zum Beginn einer vollen Stunde die Netzfrequenz sinkt und im Verlauf der Stunde wieder ansteigt. Leichte Frequenzveränderungen nach oben sind noch in der Mittagszeit von 12:00 – 14:00 Uhr herum zu beobachten. Zu diesem Zeitpunkt hat die Lastkurve einen Wendepunkt und nach der morgendlichen Zuschaltung von Erzeugungskapazitäten müssen diese jetzt langsam wieder abgeschaltet werden.

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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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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.

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

Rasterdiagramm des Netzfrequenzverlaufes von Juni 2011 bis Dezember 2013

Rasterdiagramm des Netzfrequenzverlaufes von Juni 2011 bis Dezember 2013

Um den Verlauf der Netzfrequenz besser analysieren zu können, gibt es wieder ein neues Rasterdiagramm zur Netzfrequenz. Ein paar Erklärungen dazu habe ich bereits früher geliefert.

Viel neues gibt es nicht zu sehen. Die Wiederholungen der Muster sehen extrem gleich aus, ich habe sogar extra noch kontrolliert, ob ich nicht aus Versehen Daten vom falschen Jahr eingefügt habe. 😉

Es sind weiterhin die Auswirkungen des Stromhandels an den Stundengrenzen erkennbar. Die Frequenzen an den Stundengrenzen scheinen morgens um 7:00 Uhr und zu den Zeiten des Sonnenunterganges nicht mehr ganz so hoch zu sein.

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