2 Wie ist das möglich?
Jul 1st, 2011 by Stefan Fassbinder
Nun, ein wenig Energie kann das Netz eben doch zwischenspeichern. Dies ergibt sich ganz von selbst, weil diese Generatormaschinen sehr groß sind, für ihre Größe aber zumeist recht schnell laufen. Die größten unter ihnen sind sämtlich Synchronmaschinen. Deren Drehzahl hat nur sehr wenig mit der Spannung im Netz zu tun, sondern ist ganz streng proportional zur Frequenz. Eine zweipolige Maschine erzeugt bei einer Umdrehung genau eine Periode der Netz-Wechselspannung, also zwei Halbschwingungen, eine positive und eine negative, entsprechend dem magnetischen Nord- und Südpol ihrer Bewicklung. Läuft eine solche Maschine mit einer Drehzahl von genau 50 Umdrehungen pro Sekunde (3000 / min, was für eine solch große Maschine gewaltig schnell ist und also doch die Speicherung schon einiger Energie bedeutet), so erzeugt sie eine Wechselspannung von 50 Hertz (Perioden pro Sekunde). So entsteht die Netzfrequenz von 50 Hz in unserem Versorgungsnetz. Und diese Frequenz wird sehr genau eingehalten, sehr, sehr genau. Es gibt kaum etwas Genaueres in der Technik, von Funkuhren und Anwendungen der Raumfahrt einmal abgesehen.
Zwangsläufig laufen nun alle in dasselbe Netz einspeisenden Synchrongeneratoren synchron zueinander, als wären sie mittels Zahnrädern, Kardanwellen oder Ketten über Tausende von Kilometern hinweg miteinander gekuppelt. Eine vierpolige Maschine, also eine derart bewickelte, dass sich zwei Nord- und zwei Südpole ergeben, läuft am selben Netz nur mit 25 Umdrehungen pro Sekunde, eine achtpolige nur mit 12,5 / s und so weiter. Es ist so, als triebe beispielsweise die zweipolige Maschine über ein Zahnrad mit 50 Zähnen in das »öffentliche Getriebe« ein, eine vierpolige mit 100 Zähnen, eine sechspolige mit 150 und die achtpolige mit 200 Zähnen. Je nach Tagesform »einen Zahn zulegen« können sie nicht. Der vierfache Durchmesser des 200-Zähne-Zanhrads setzt zwar das ins Netz eingefütterte Drehmoment auf ein Viertel herunter, aber durch die vierfache Polzahl vervierfacht es sich wieder. Mit der Leistung hat die Polzahl also nicht viel zu tun.
Ein Generator und ein Elektromotor unterscheiden sich nur vom Verwendungszweck und vom Namen her, im Aufbau nicht. Ein Generator, der nicht mehr angetrieben wird, weil beispielsweise die Antriebsmaschine spontan ausgefallen ist, wird daher von den anderen »mitgezogen« (und bezieht dafür elektrische Energie aus dem Netz, statt bestimmungsgemäß welche zu liefern). Dieser Zustand wird natürlich schnellstmöglich beendet. Der Generator wird vom Netz getrennt und dann stillgesetzt.
Die bis dato von diesem Generator in das Netz eingespeiste Leistung fehlt dort nun aber. Dank der »Zahnräder, Ketten und Kardanwellen« helfen praktisch alle anderen Kraftwerke mit der Trägheit ihrer rotierenden Massen, die Versorgung aufrecht zu erhalten – und allesamt verlieren sie an Schwung. In genau diesem Maß sinkt also auch die Frequenz im gesamten Netz. Diese dient daher gleichzeitig in allen Kraftwerken als Tachosignal. Das kontinuierliche Abfallen der Frequenz ist das Alarmzeichen dafür, dass die gesamte Kraftwerksleistung zur Zeit den Bedarf nicht ganz deckt und statt dessen aus der Schwungmasse »zugebuttert« wird. Dies »sehen« also sämtliche in das Netz einspeisende Kraftwerke sofort, und jene, die dazu in der Lage sind, legen einen Zahn zu und regeln ihre Abgabeleistung hoch, bis die Bilanz wieder stimmt. Dann hört das Fallen der Frequenz auf.
Nun muss die Scharte noch ausgewetzt werden. Durch ein weiteres Anheben der eingespeisten Leistung über die zur Zeit entnommene Leistung hinaus nimmt die Drehzahl der Maschinen wieder zu. Die Frequenz steigt wieder etwas an. Man lässt sie nun für eine begrenzte Zeit sogar ein wenig über den Nennwert von 50 Hz ansteigen, damit am Ende eines Tages die Anzahl der erfolgten Wechsel immer bei genau
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liegt. Damit hat dann die Frequenz im Tagesmittel – ganz genau – 50 Hz betragen.
Es versteht sich von selbst, dass der entsprechende Vorgang spiegelverkehrt abläuft, wenn sich zu viel Leistung »im Netz befindet«, weil eine große Last plötzlich und unerwartet »ausgestiegen« ist. Dann läuft die Frequenz nach oben davon, was entsprechend durch Drosseln jener Kraftwerke aufgehalten und anschließend wieder korrigiert wird, die technisch dazu in der Lage sind, ihre Leistungsabgabe in das Netz von jetzt auf gleich zu vermindern. Nur bestimmte Kraftwerke können dies, aber das reicht aus.
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