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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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.

Netzfrequenz und Regelleistung

Netzfrequenz_und_Regelleistung-2Es gibt eine neue Anzeige, um die Beziehung zwischen der Netzfrequenz und der eingesetzten Regelleistung zu verdeutlichen. Die Berechnung ist zwar auch in die „Trompetenkurve“ integriert, dort ist sie aber etwas versteckt.

Warum Regelleistung?

Strom muss immer noch zu dem Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem er verbraucht wird. Ob dieses Gleichgewicht besteht, lässt sich anhand der Netzfrequenz ablesen. Ist die Netzfrequenz niedriger als 50Hz, dann wird mehr Strom verbraucht als die Kraftwerke erzeugen. Liegt die Netzfrequenz über 50Hz, dann wird mehr eingespeist als verbraucht.
Dieses „zu viel“ oder „zu wenig“ an Strom gleichen die Übertragungsnetzbetreiber durch Regelleistung aus. Für kurzfristige Schwankungen wird dabei die Primärregelleistung (PRL) genutzt. Diese setzt innerhalb von wenigen Sekunden ein, um die Netzfrequenz wieder auf 50Hz zurückzuführen. Bei einer zu hohen Einspeisung spricht man von negativer Regelleistung und bei einer zu niedrigen Einspeisung von positiver Regelleistung, die für die Aufrechterhaltung des Stromnetzes notwendig ist. Zusätzlich zur primären Regelleistung gibt es noch die sekundäre Regelleistung (SRL) und die Minutenreserve (MRL, auch „tertiäre Regelleistung“).

Ab wann Regelleistung?

Bei einer sehr kleinen Abweichung von 50Hz wird noch keine Regelleistung eingesetzt. Dieses Totband wird mit +/-20mHz definiert (siehe Operation Handbook (OH) der ENTSOE/UCTE: Appendix A1-7, Policy P1-32). Dabei wird ein Messfehler von 10mHz erlaubt und den Kraftwerken wird ein Unempfindlichkeitsbereich von 10mHz zugesprochen (OH: A1-4, P1-7). Aufgrund dieser Toleranzen liegt die Grenze des Totbandes nicht genau bei +/-20mHz, es ist aber sichergestellt, dass nicht ein Kraftwerk negative Regelleistung einsetzt und ein anderes positive.

Wie viel Regelleistung?

Im normalen Netzbetrieb ist eine maximale Abweichung der Netzfrequenz von +/-180mHz erlaubt. Kurzfristig darf die Abweichung bis zu +/-200mHz betragen. Eine Abweichung in dieser Größenordnung kann durch eine Laständerung von 3000MW auftreten. Das ist ungefähr der Ausfall von zwei großen Kraftwerksblöcken und ein derartiger Ausfall soll durch den Einsatz von PRL aufgefangen werden können.
Bei einer Gesamtlast im Netz von 150GW bedeutet eine Lastabweichung von 16.5GW eine Änderung der Frequenz um 1Hz und bei einer Gesamtlast von 300GW sind es 18.0GW/Hz (OH: A1-7). Bei Schwachtlast (z.B. am WE oder Nachts) ist also weniger Regelleistung notwendig als bei Starklast, um eine bestimmte Frequenzabweichung aufzufangen und die Frequenz wieder auf ihren Sollwert zurückzuführen. (Diese Werte gelten für einen Netzselbstregeleffekt von 1% – dazu wird es später einmal mehr geben. 😉 )

Was wird hier berechnet/angezeigt?

Angezeigt wird die (Regel-)Leistung, die notwendig wäre, um die Frequenz auf 50Hz zurückzuführen. Also die Energie, die eingesetzt werden muss, um die Regeldifferenz auszugleichen. Da je nach Gesamtlast verschiedene Energiemenge nötig sind, um eine bestimmte Frequenzänderung zu erreichen, wird hier der Mittelwert zwischen Schwach- und Starklast genommen (17250MW/Hz). Da es hier eher darum geht, ein Gefühl für den Zusammenhang zwischen Frequenz und Regelleistung zu vermitteln, wird ein Totband von +/-10mHz angenommen – es soll sich ja auch mal was verändern. 😉

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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Langzeitbetrachtung der eingesetzten Regelleistung

Die Netzfrequenz ist zwar mit die wichtigste Größe für die Regelung der Stromnetze, allerdings sagt die Frequenz selber noch nicht aus, wie viel Aufwand nötig war, um sie stabil zu halten. Für die Stabilisierung der Netzfrequenz wird Regelleistung genutzt. Mit der Primärregelleistung werden die Abweichungen sehr schnell ausgeglichen. Hält eine Abweichung länger als 30 Sekunden an, wird die Sekundärregelung genutzt, um die Primäre abzulösen, damit diese wieder zur Verfügung steht. Die Primärregelleistung wird in allen Regelzonen aktiviert, die Sekundäre nur in dem Bereich, in dem die Störung aufgetreten ist.

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