Stromnetzstabilität: Virtuelle Schwungmassen können Stromnetz stabilisieren
Ein Forschungsprojekt der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden(öffnet im neuen Fenster) treibt die Entwicklung virtueller Schwungmassen voran. Hier wird ein Überwachungssystem entwickelt, das die bis zu 100.000 Komponenten eines großen Kondensatorspeichers kontrolliert.
Ein solcher Speicher aus sogenannten Superkondensatoren, mithin Kondensatoren mit einer besonders kurzen Reaktionszeit und sehr hoher Speicherkapazität, kann die rotierende Masse einer Kraftwerkturbine wirkungsvoll ersetzen. Aktuell wird die Trägheit dieser großen Schwungmassen genutzt, um die Netzfrequenz im europäischen Stromnetz konstant bei 50 Hertz zu halten.
Sinkt oder steigt diese zu stark, wie bei dem Blackout in Spanien im Jahr 2025, droht eine Netzabschaltung. Das Stromnetz anschließend wieder aufzubauen, kann Stunden oder Tage dauern.
Ersatz für die analoge Methode gesucht
Der Vorteil der rotierenden Masse liegt darin, dass sie bei einem Leistungsabfall oder -anstieg nicht sofort langsamer oder schneller dreht, sondern sich die Rotationsgeschwindigkeit und damit letztlich auch die Netzfrequenz langsam verändern. Es bleibt ausreichend Zeit, um Gegenmaßnahmen wie das Hochfahren von Reservekraftwerken einzuleiten, Akkuspeicher zu starten oder ein anderes Kraftwerk abzuregeln. Diese wertvollen Sekunden kann die Trägheit großer Massen am allerbesten bereitstellen.
Die Methode ist elegant, weshalb mittlerweile rotierende Phasenschieber zur Netzstabilisierung eingesetzt werden. Diese nutzt nur eine rotierende Masse, ein Kraftwerk beziehungsweise eine Turbine sind nicht notwendig. Werden immer mehr konventionelle Kraftwerke mit rotierenden Turbinen zur Stromerzeugung abgeschaltet, gehen auch rotierende Massen verloren, die Wind- und Solarparks nicht besitzen.
Um das Problem der Spannungsschwankungen digital zu lösen, sollen zukünftig auch Superkondensatoren zum Einsatz kommen. Diese können ebenfalls die Zeit überbrücken, bis wenige Sekunden später zum Beispiel eine Großbatterie einen Leistungsabfall im Stromnetz ausgleichen kann.
Perfekte Überwachung für die Stromnetzstabilität
Damit ein solches System in Sekundenbruchteilen mit ausreichend hoher Leistung reagieren kann, muss es nahtlos überwacht werden. Um die nötige Überwachungssoftware zu entwickeln, wurden einzelne Module, die später eine von vielen Großkondensatoren ergeben sollen, mit Diagnosesystemen ausgestattet. Diese prüfen Lade- und Entladevorgänge und untersuchen Alterungsprozesse.
Ein Computermodell des Gesamtsystems simuliert den Superkondensator und soll zeigen, wie der sich innerhalb eines Stromnetzes verhält, wie sich Abweichungen bemerkbar machen und welche Auswirkungen der Austausch fehlerhafter Komponenten hat. Defekte können durch interne Umschaltungen kompensiert werden, um die Leistungsfähigkeit des Systems aufrechtzuerhalten.
Das Projekt läuft noch bis November 2027. Trägt es dazu bei, Superkondensatoren zur Stromnetzstabilisierung zu etablieren, könnten diese zusätzlich zu rotierenden Phasenschiebern in einem zukünftigen Stromnetz Turbine im Grunde vollständig ersetzen. Unwahrscheinlich ist es nicht, dass die Umsetzung in so kurzer Zeit gelingt. Denn es gibt längst netzbildende Wechselrichter, die die identische Aufgabe in geringem Umfang bewältigen können.
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