Regionen-Serie: Reallabor H2-Speicherkraftwerk Schwarze Pumpe

Strukturschema – Vergleich eines H2-Speicherkraftwerks mit einem konventionellen Kraftwerk
Strukturschema – Vergleich: H2- und konventionelles Speicherkraftwerk

Um grünen Wasserstoff erzeugen zu können, sollen Elektrolyseure mit Solar- und Windkraft betrieben werden. Da diese fluktuieren, also nicht kontinuierlich zu Verfügung stehen, bedarf es einer anderen Herangehensweise und Steuerung als bei konventionellen Kraftwerken. Am Referenzkraftwerk Lausitz (RefLau) wird im Rahmen eines Fördervorhabens, zunächst in kleinem Maßstab, analysiert, wie später einmal deutschlandweit die Energieversorgung geregelt werden könnte.

Seit den 1920er Jahren existiert eine großräumige Stromversorgung. Das erste richtige Kraftwerk war das 1895 von Nikola Tesla in Nordamerika erbaute Wasserkraftwerk Niagara Hydro-Electric Power Plant, mit welchem die Stadt Buffalo am Lake Erie versorgt wurde. Dieses Vorhaben war so erfolgreich, dass schnell mehr elektrische Energie benötigt wurde. Diese zunehmende Nachfrage konnte dann nur aus fossilen Quellen wie Kohle befriedigt werden, weshalb zuerst die Wattsche Kolben-Dampfmaschine und später die moderne Turbinen-Dampfmaschine zum Einsatz kam – dann als thermische Kraftwerke. Auch die folgenden, mit dem Einsteinschen Massendefekt arbeitenden Atom-Dampfkraftwerke sind hier zu nennen. Heute werden über 80 Prozent der elektrischen Energie weltweit aus thermischen Kraftwerken erzeugt, wobei der Bedarf an Strom allein in Deutschland 600 TWh pro Jahr beträgt. Der weltweite Stromverbrauch wird heute auf etwa 20.000 TWh pro Jahr geschätzt.

Reglerkaskade
Das elektrische Energieversorgungsystem ist ein geregeltes System, welches zu jedem Zeitpunkt genau die elektrische Leistung erzeugt, welche auch verbraucht wird. Das hat, ausgehend von der Wattschen Dampfmaschine, zu einem kaskadierten Regelungssystem geführt, bei welchem die erzeugte Leistung über unterschiedliche Wandler und aus verschiedenen Speichern für unterschiedliche Zeitbereiche bereitgestellt werden muss:

  1. Momentanreserve, sofortige Leistungsbereitstellung, Schwungmassen (Momentary Reserve, inhärenter Speicher, keine aktive Regelung nötig)
  2. Primärregelung, Frequenzregelung, Dampfspeicher (Frequency Containment Reserves – FCR)
  3. Sekundärregelung, Frequenz-Leistungsregelung, Kohlespeicher (Automatic Frequency Restoration Reserves – aFRR)
  4. Tertiärregelung, Rückstellung der Primär- und Sekundärregelung, Kohlespeicher (Manual Frequency Restoration Reserves – mFRR)

Diese Reglerkaskade wird im ENTSO-E-Handbuch als Policy 1: Load-Frequency Control and Performance beschrieben. Aufgrund dieser historischen Vorgaben ist es gleichgültig, mit welchen Erzeugern die elektrische Energie bereitgestellt wird, wenn nur die obigen Netzregelaufgaben erfüllt werden. Geschieht das nicht, wird das System instabil, was dann im Blackout enden kann.[…]

… gekürzte Online-Version
Den kompletten Fachbericht finden Sie in der aktuellen Ausgabe des HZwei-Magazins.

Autor: Prof. Harald Weber, Universität Rostock

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