Gewappnet für den „Blackout“?

En forme pour le blackout?

Fit for the blackout?

Im Zusammenhang mit einer möglichen größeren Energiekrise scheint die Gefahr eines großflächigen  Zusammenbruchs der Stromversorgung etwas in den Hintergrund geraten zu sein. Glaubt man aber Experten, so ist ein solcher zeitlich ziemlich nahe gerückt. Doch ist man für einen solchen auch wirklich gewappnet? Im folgenden Diskussionsbeitrag soll auf bisher eher vernachlässigte Probleme aufmerksam gemacht werden. Mögen sich vor allem der eine oder andere Experte oder Verantwortungsträger, aber nicht nur sie,  darüber ihre  Gedanken machen,

Gedankensplitter zur Energiesituation

Von F. J. Legerer*

Im Folgenden werden einige Probleme aufgezeigt, die Aufmerksamkeit verdienen, ohne bisher in den Brennpunkt gestellt worden zu sein.

Elektrische Energieversorgung

Seit einigen Jahren wird ein möglicher „Black-Out“, ein Zusammenbruch des Stromverteilungsnetzes diskutiert, es werden Vorratshaltungen u.a. an Mineralwasser und an Lebensmittel empfohlen, allerdings vermisst der Autor einige Maßnahmen die in den Bau- und den Betriebsanlagen-Ordnungen ihren Niederschlag finden sollten.

Puffer für Lebensmittelkühlanlagen und Umwälzpumpen für Wärmeverteilung, allenfalls, soweit eben möglich solar gestützt:

Im ersten Schritt sollte gewerberechtlich bei der Genehmigung von Betriebsanlagen,beispielhaft Supermärkte, vorgeschrieben sein, dass die Kühlanlagen für verderbliche Lebensmittel an einem gesonderten Stromkreis hängen, der im Fall des Spannungszusammenbruchs im öffentlichen Netz, von diesem getrennt wird und durch einen Batteriepufferspeicher mit Wechselrichter weiter versorgt wird. Die Batterieaufladung könnte auch solargestützt sein. Als nützliche denkbare Variante sollte man die Netzeinspeisung bei Verbrauchspitze zusätzlich vorsehen: Anders als für einen Haushalt ist im Gewerbetarif die Grundgebühr durch den während 15 Minuten gemessenen Spitzenverbrauch bestimmt. Damit würde man die Betriebskosten etwas mildern, dennoch sollte ein solche Investition eher als Versicherung gegen Lebensmittelverderb wegen Power-Blackout betrachtet werden.

Aus der Erfahrung vom großen Blackout in New York City vom 13./14. Juli 1977 sollte dieKapazität des Puffers für knapp 48 Stunden reichen (25 Stunden dauerte dieWiederherstellung in New York im Sommer, bei winterlichen Bedingungen müsste man mit einem etwas längeren Zeitraum rechnen.In einem zweiten Schritt sollten Privathaushalte, z.B. über die Bauordnung, angehalten sein,die Versorgung der Umwälzpumpen der Heizungen durch Pufferspeicher abzufedern (wie natürlich auch der Haushaltskühlanlagen). Die Wärmeverteilung erfolgt heute ausschließlich mittels Umwälzung von Warmwasser Es nützt nämlich nichts, wenn der Brennstoff für dieWärmeversorgung (Pellets, Öl, Gas, Koks) vorhanden ist, aber die Wärme nicht verteilt werden kann. Diese Maßnahme könnte man als Vorsorge zur Verhinderung einer ordentlichen Welle von Erkältungen betrachten, die volkswirtschaftlich wegen Krankenständen durchaus merkbar wäre.

Personenaufzüge: Ein Blackout, also ein plötzlicher unvorhergesehener Stromausfall hat zurFolge, dass Lifte nicht funktionieren, ein Teil bleibt während der Fahrt stecken. In diesem Fall ist in Wiener Häusern eine Handkurbel vorgesehen, die zu bedienen früher die Hausbesorger geschult waren. Wie sieht das nun heute aus, zumal es keine Hausbesorger mehr gibt, sondern Hausbetreuungsfirmen? Während in alten Häusern die Liftkabinen sichtbar waren,sind bei Neubauten diese meistens in einem dunklen Schacht, so dass selbst bei Notbeleuchtung mit Klaustrophobie zu rechnen ist. Angenommen wir hätten 10.000 Personenlifte von denen etwa 1-2% wegen eines Stromausfalls während der Fahrt steckenbleiben, so sind eingeschlossene Personen aus etwa 100 bis 200 Liften zu befreien. In welcher Zeitspanne ist das möglich?

​Alternative Energien, Einsparung an fossilen Energieträgern:

1 Megawattstunde Fotovoltaik oder Windkraft ins Netz eingespeist ergibt entschieden weniger als das Äquivalent davon fossil eingespart. Leicht lässt sich der Grund hierfür erklären: Der Verbrauch schwankt stochastisch, d.i. zufällig, Fotovoltaik und Windkraft liefern ebenfalls stochastisch, wobei Verbrauch und alternative Einspeisung nicht korreliert sind. Folglich muss konventionelle elektrische Energieproduktion parallel mitlaufen; insofern das parallel laufende Kraftwerk weit unterhalb der konstruktiv ausgelegten Nennleistung mitdrehen muss ohne wesentlich Strom zu erzeugen, verbrennt es fossilen Treibstoff, den der Betreiber bezahlen muss, ohne dafür das Produkt „elektrischer Strom“ verkaufen zu können. Es ist verständlich, dass ein EVU (= Elektrizitäts-Versorgungs-Unternehmen) sich gegen einen von außen aufgedrückten Verlust zur Wehr setzt. Als selbstverständlich wird empfunden, dass der elektrische Strom mit konstanter Spannungund konstanter Frequenz innerhalb sehr enger Toleranzen geliefert wird, während der dahinter stehende Aufwand nicht bemerkt wird.

Zur Veranschaulichung seien zwei Beispiele genannt:

Ein Sägewerk: Wenn die Gattersäge zu schneiden beginnt, steigt die Last momentan und sie wird ebenso abgeworfen, wenn der Schnittvorgang beendet ist. Weder Spannung noch Frequenz dürfen den Toleranzbereich (einige Promille des Nennwertes) verlassen; dasselbe gilt für das Lichtbogenschweißen. Diese Spitzen im Verbrauch abzufangen muss das EVU eine beachtliche Leistung als Reserve vorhalten. Wind und Sonne sind dafür nicht geeignet, im Gegenteil, deren schwankender Anfall muss zusätzlich aufgefangen werden. Für den Spitzenlastausgleich kommen nur zwei technische Methoden in Frage, nämlich dieWasserkraft aus Speicherseen (hydraulisch) und die Gasturbine (thermisch).

Die Bezeichnung „Gasturbine“ wird von Laien meist falsch verstanden: Nicht der vorzüglich geeignete Brennstoff Erdgas ist Namensgeber sondern die erhitzte Luft, die als ideales Gas das strömende Betriebsmittel darstellt. Die Gasturbine kann mit Erdgas, Dieselöl oder bei Flugtriebwerken mit Kerosin (= Petroleum) betrieben werden, nicht aber mit Kohle wegen der Abrasion an den Turbinenschaufeln. „Kohleverstromung“ zur Spitzenlastdeckung ist nichtmöglich. Dem Laien, der selbst bloß einen Topf mit Wasser zum Sieden gebracht hat, leuchtet unmittelbar ein, dass ein Dampfprozess bei dem man mehr als 100 Tonnen Wasser verdampfen muss zur Spitzenlastdeckung, die innerhalb von Minuten abgerufen wird, nichtgeeignet ist.

Das Verbundkraftwerk Mellach gilt als Vorzeigobjekt

Mit Recht, weil es im kombinierten Gasturbinen-Dampfprozess bei Nennleistung einen thermischen Wirkungsgrad von 59% aufweist (Kombinierter Gasturbinen-Dampfprozess heißt, dass das Abgas der Gasturbine als vorgewärmte Verbrennungsluft für den Dampfkessel des Dampfturbinensatzes zugeführt wird). Die Homepages von Verbund und Mellach weisen zwei Turbosätze je 425 MW aus, sagen jedoch nichts über die Einzelleistungen von Gasturbine und Dampfturbine aus, eben so wenig über Temperaturen und Mengen und Teilwirkungsgrade. Da große Fortschritte der Materialtechnologie in den Jahren vor dem Bau dieser Anlagen erzielt wurden, ist es ohne genauere technische Angaben nicht möglich, klare Aussagen zum notwendigen „Stand-by-Leerlauf“ bzw. zur „niedrig effizienten Teillast“ für die Netzstabilität zu machen bei paralleler Einspeisung aus Windturbinen und Fotovoltaik.

Das elektrische Versorgungsnetz kann als System bestehend aus viele Massen und Federnaufgefasst werden, also ein schwingungsfähiges System, das sehr steifgehalten werden muss,um Schwankungen von unzulässiger Größe (Spannung und Frequenz) zu vermeiden. Bei allerEuphorie für grüne Energie muss beachtet werden, dass die Konstanz im Netz nur durchparallel laufende konventionelle thermische Maschinen Sätze, nämlich Gasturbinenermöglicht werden. Die hydraulischen Speicherkraftwerke allein reichen nicht aus!Somit bringt die Einspeisung von 1 MWh (fotovoltaisch oder äolisch) keineswegs die Ersparnis in einem Äquivalent fossiler Energie, ja es kann unter Umständen kontraproduktiv sein.

Was nun?

Bisher noch nicht erwähnt ist die Biomasse-Cogeneration (= Wärme-Kraftkopplung):Der Vorschlag ist uralt, vor 40 Jahren wurde diese von idealistischen Fachleutenvorgeschlagen, forciert, und von den Experten der EVUs belächelt, wobei sie unterstützt wurden von den Kraftwerksausrüstern, weil eben u.a. die Margen im Großmaschinenbau wesentlich günstiger lagen. Im Vergleich zu den großen Schwestern ist wegen der Bringungskosten des Brennstoffes die Anlagengröße beschränkt, was einen schlechteren thermischen Wirkungsgrad zur Folge hat.

Doch dank der modernen Regeltechnik können diese Kleinkraftwerke zur Netzstabilisierung herangezogen werden. Etliche Anlagen sind errichtet worden, nicht immer mit wirtschaftlichem Erfolg. Dazu ist anzumerken, dass es an einer industriellen Anstrengung, abgesehen von politischen Initiativen, gemangelt hat, nämlich für die Entscheidung zu einer Normgröße, zumal der Planungsaufwand erst nach einem Dutzend Anlagen kompensiert sein kann.

Zusammenfassung

Als Vorsorge für Black-outs unserer Stromversorgung sieht der Verfasser die Behörden gefordert mittels des vorhandenen gesetzlichen Instrumentariums (z.B. Betriebsanlagen- Genehmigungen, Bauordnung etc.) vom öffentlichen Netz trennbare kleine batteriegepufferte Netzwerkschleifen für gekühlte Lebensmittel und für die Umwälzpumpen von Heizungen durchzusetzen. Eine solar gestützte Batteriepufferung ist in diesen Fall nützlich, zumal diese es allenfalls ermöglicht die Batteriekapazität herabzusetzen. Die Einspeisung von Fotovoltaik und Windenergie bedarf in jedem Fall einer Prüfung der Anlage auf den Einfluss auf die Netzstabilität. Der Windkraft sind natürliche Grenzen gesetzt, vor Euphorie ist zu warnen. Es ist nicht klug, ein Vorzeigekraftwerk mit einem thermischen Wirkungsgrad von nahezu 60% zu haben, um es dann mit einem Wirkungsgrad von 20% zu betreiben.

Von einer gezielten Förderung der Biomasse-Cogeneration (als technische-kaufmännischesIndustrieprojekt) erwartet der Verfasser einen volkswirtschaftlich messbaren Vorteil bezüglich Umwelt und Abhängigkeit von importierten fossilen Brennstoffen. Krisen können grundsätzlich nicht vermieden werden, aber es liegt in unserer Hand deren Auswirkungen zu minimieren!

*Der Verfasser (90) hat seine Berufslaufbahn als Entwicklungsingenieur bei der AG BROWN-BOVERI &Cie. begonnen (10 Jahre), als Dampfturbineneinheiten von 100MW auf über 1000MW erweitert wurden, und er war später neben der Tätigkeit an der Universität noch für Saskatchewan Power Corp., Canada beratend tätig; somit erlebte er beide Seiten, sowohl Entwicklung wie auch Betrieb.

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