Netzregelung bei reinem PV

>Wie soll denn nach deiner Meinung ungeregeltes einspeisen funktionieren?
Ganz einfach: Der Klügere gibt nach! Und der Sicherungshersteller freut 
sich.

Glücklicherweise lässt sich die Physik nicht so einfach überlisten, bei 
unkontrollierter Einspeisung oder einen Streit, wer denn auf Krampf 
einspeisen darf, fallen bei jedem von uns zuhause die Sicherungskästen 
von der Wand und dann gibts kein Netz und keine Netzkunden mehr.

Ansonsten wäre sowas möglich, solange mehr Solarleistung als Bedarf zur 
Verfügung steht. Man könnte Wechselrichter bauen, die ein solches Netz 
betreiben können, ist ja nicht viel anders als wenn jemand einen kleinen 
Wechselrichter an seine 12V-Autobatterie klemmt.

In der Praxis sind einige Anlagen mit rotierenden Massen ziemlich 
wichtig, sie verschaffen Zeit bei der Regelung, indem sie kurze Spitzen 
wie Einschaltstromstöße einfach wegschlucken. Außerdem können sie 
problemlos große Mengen Blindstrom kompensieren und unterschiedliche 
Belastung der Phasen ausgleichen (das könnten entsprechend gebaute 
Wechselrichter allerdings auch). Bei der Stilllegung des AKW Biblis 
musste einer der Generatoren umgerüstet und als Phasenschieber 
weiterbetrieben werden, bis entspreche Kompensationsanlagen gebaut 
waren.

Wird der Leistungsbedarf größer als das Angebot, muß man den Bedarf 
zwangsläufig reduzieren. Erstmal können Verbraucher abgeschaltet werden, 
die eine Weile ohne Strom auskommen, das sind z.B. Kühlanlagen in größen 
Kühlhäusern oder mit steigender Tendenz Wärmepumpen. Sowas kann mehrere 
Stunden abgeschaltet werden, ohne daß es zu Problemen führt.

Darüber hinaus muss man andere Speicher schaffen, wie große 
Pumpspeicherkraftwerke oder solarthermische Kraftwerke, welche 
prinzipbedingt Solarenergie in Form von Wärme speichern und über einen 
längeren Zeitraum verteilt einspeisen können.

Insofern denke ich auch, daß Desertec noch lange nicht vom Tisch ist. 
Wenn man nur zwei Prozent der Sahara mit Solarkraftwerken bedecken 
würde, deckt das den kompletten weltweiten Energiebedarf. Ein weltweites 
Verteilnetz wäre mittels HGÜ-Leitungen auch möglich, vor allem eine 
Ausdehung in Ost-West-Richtung wäre sehr nützlich zur Lastverteilung, da 
westlichere Anlagen zu späteren Tageszeiten beschienen werden, wenn über 
östlichen Anlagen schon der Abend anbricht. Das würde die benötigte 
Menge an Speichern reduzieren, allerdings wahrscheinlich so hohe 
Lastflüsse haben, daß es deswegen schwierig zu realisieren ist.

Ich halte ein weltweites Netz für schwierig, aber meiner Meinung nach 
wird Desertec oder ein Äquivalent dazu definitiv die Stromversorgung von 
Europa übernehmen. Die arabischen Wüsten wären auch nicht so weit weg 
und die Kombination würde eine hilfreiche Ost-West-Ausdehnung bewirken. 
Klar, ist teuer - aber mit bestehener Technik realisierbar - und auf 
absehbare Zeit auch alternativlos. Da können sich die Verfechter der 
Kernfusion mit ihrer Atomkochtöpfen noch so anstrengen, selbst wenn die 
noch "Serienreife" erlangen, kommen sie 50..70 Jahre zu spät damit 
rüber. Man könnte die Entwicklung dieser Brücken- oder 
Sackgassentechnologie auch abbrechen, es ist bereits absehbar, daß man 
sie nicht mehr braucht.

Windkraftanlagen verwenden heute meistens direkt angetriebene doppelt 
gespeiste Asynchronmaschinen, die direkt auf der Rotornabe sitzen. 
Doppelt gespeist bedeutet, daß der Rotor via Umrichter einen 
dreiphasigen Erregerstrom bekommt, an der Statorwicklung lässt sich die 
Ausgangsleistung dann direkt als dreiphasiger Wechselstrom abnehmen. 
Durch diese Bauweise erhält man eine komplett variable Drehzahl des 
Generatos und der Umrichter muß nur einen sehr kleinen Teil der 
Ausgangsleistung verarbeiten. Man hat dadurch sogar einen schnell 
regelbaren Kurzzeitspeicher, indem man die Drehzahl der Anlage bei 
kurzen Lastbedarfseinbrüchen steigert und bei Lastspitzen reduziert.

Frühere Anlagen verwendeten netzsynchron drehende Generatoren (oft sogar 
einfache Asynchronmaschinen), die über ein Getriebe angetrieben wurden. 
Meistens waren die zwischen zwei Drehzahlen umschaltbar, aber besonders 
flexibel ist das natürlich nicht.

Nochwas, was mich immer so nervt: Wenn irgendwelche Leute, die davon 
keine Ahnung haben, immer gleich den großen Blackout prophezeien, wo wir 
alle wochenlang keinen Strom haben weil das Netz so kompliziert 
aufzubauen sei. Das ist totaler Quatsch. Natürlich muß man noch viel 
Speicherraum aufbauen um mit einem vollständig regenerativ betriebenen 
Netz auch sonnenlose Schwachwindzeiten abzudecken. Wenn wir das nicht 
tun passiert natürlich das Gleiche wie bei einem Auto, was man nicht 
rechtzeitig oder zu wenig betankt - man bleibt auf der Strecke. Wenn wir 
dazu zu doof sind, dann ist das halt so. Aber nicht weil die Technik das 
nicht kann oder nicht verfügbar wäre, sondern weil wir zu doof sind.
  Dazu kommt noch, daß elektronische Wechselrichter ein Netz extrem 
schnell wieder aufbauen könnten solange ihre (Solar)Generatoren oder 
Energiespeicher Strom liefern. Wenns sein muß, springen sie 
Null..Nennlast in einer Sekunde, ohne das geringste Problem. Man hat 
nicht die thermische Trägheit von Kohlekesseln oder Atomkochtöpfen, man 
braucht auch nicht 5..10 Prozent der installierten Leistung als 
Eigenbedarf von außen, wie z.B. ein großes Kohlekraftwerk wenn es 
angefahren werden soll. Ansonsten können das nur dafür ausgelegte 
Wasserkraftwerke (meistens Pumpspeicherkraftwerke). Wenn man ihre 
Turbinen im Leerlauf drehen lässt, erreichen sie Null..Nennlast in 
10..20 Sekunden. Aber selbst das ist deutlich länger, als ein 
elektronischer Wechselrichter dafür braucht.

> Ja, vermutlich auch ein Grund warum Grossverbraucher und Erzeuger
> im Privathaushalt mittlerweile Datenschnittstellen vorhalten.
Die relevanten Anlagen sind eher "echte" Großverbraucher in der 
Industrie oder dem Gebäudemanagement. Die Kühlanlagen von großen 
Gefrier-Lagern oder die Klimaanlagen von großen Bürohäusern haben 
Leistungsaufnahmen im Megawatt-Bereich. Da braucht man schon eine Menge 
Privathaushalte bzw. flächendeckenden Einsatz, um deren Einfluß zu 
erreichen.

> Genutzt werden die m.W. aber noch nicht. Es fehlt wohl ein Standart.
Es gibt da noch eine einfachere Möglichkeit, die bei Wärmepumpen 
großflächig im Einsatz ist. Dabei wird über z.B. einen 
Rundsteuerempfänger ein einfaches an/aus-Signal an die Wärmepumpe 
gegeben. Der Netzbetreiber erhält dadurch eine einfache Möglichkeit, 
ihre Last für bis zu 2..3 Stunden vielleicht vom Netz zu nehmen wenns 
sein muß.

Das Ziel ist halt eine flexiblere Nutzung dieser Regeltechnik, so wie 
das in der Solarenergie bereits gemacht wird. Also nicht nur Vollast 
oder Aus, sondern den Anlagen wird eine bestimmte Leistungsabsenkung 
vorgegeben, oder daß sie x Prozent Blindleistung fahren sollen. Das ist 
heute noch oftmals nur abgestuft möglich (z.B. Leistungsabsenkung in 
20%-Schritten bei großen Solarparks), wird aber irgendwann stufenlos 
sein.

Das Problem ist halt, daß man ein Stromversorgungsnetz nicht nur mit 
Last überlasten kann, sondern auch durch Erzeugung. Der Leitung ist egal 
in welche Richtung die Ampere fließen - werden's zuviel, wird sie heiß.

Ich sag das auch immer wieder weil ich in der Region wohne: Vattenknall 
in diesem Falle hat diese Entwicklung nicht vorhergesehen, als die nach 
der Wende das ostdeutsche Hoch- und Höchstspannungsnetz übernommen 
haben. Da wurde vor allem das 110kV-Netz massiv ausgedünnt, um schlanker 
zu werden und mehr Gewinn einzustreichen. Es gibt heute keine 
110kV-Verbindungen zwischen Berlin und Brandenburg mehr. Als Folge davon 
staut sich der in der Region regenerativ erzeugte Strom auf der 
110kV-Ebene vor den großen Umspannwerken Neuenhagen und Wustermark 
(Thyrow im Süden hat nicht so viel Leistung weil es nicht an die 
380kV-Transversale angebunden ist, welche die meisten innerstädtischen 
Gebiete speist). Um diese 110kV-Leitungen nun nicht zu überfordern 
mussten Wind- und Solarparks oft komplett abgeschaltet werden. Etwas 
besser geworden ist's durch den Neubau eines Umspannwerks bei 
Fürstenwalde, welches über ein Erdkabel 300MVA oder so vom Solarpark 
Neuhardenberg aufnehmen kann. Diese Leitung (Neuenhagen-Letschin) war 
die am stärksten überlastete Leitung, vor allem weil eine parallele 
Verbindung über Bad Freienwalde nach Neuenhagen nach der Wende abgebaut 
wurde. Jetzt ist die Uckermarktleitung bei starker regenerativer 
Einspeisung das größere Sorgenkind. Das ist eine 220kV-Verbindung von 
Neuenhagen hoch nach Pasewalk. In diese Leitung speist unter anderem der 
Energie-Komplex Bertikow ein, wodurch der Abschnitt Bertikow/Vierraden 
(bei Schwedt) bis Neuenhagen regelmäßig an seine Leistungsgrenze kommt. 
Von Vierraden führt eine Kuppelleitung nach Polen (Gryfino) und die 
Polen regen sich seit Jahren darüber auf, daß sich deutscher Strom von 
dort übers polnische Netz (welches schon immer nicht auf hohe 
Transportkapazitäten ausgelegt war) ausbreitet. Seit 10 Jahren will man 
diese Leitung auf 380kV ausbauen, scheitert aber immer wieder aus 
gerechnet an sowas wie Öko-Aktivisten.

Nur bei einer Leitung war Vattenknall schlauer, und das ist die 
380kV-Leitung Lubmin-Neuenhagen. In Lubmin stand das recht 
leistungsstarke AKW Greifswald. Nach dessen Abschaltung unmittelbar nach 
der Wende, wurde diese Leitung abgeschaltet (sogar komplett abgeklemmt), 
aber glücklicherweise nicht abgebaut. Heute fließen darüber viele 
hundert Megawatt regenerativer Strom vom Norden nach Berlin, Windstrom 
aus der Ostsee und von gleich drei neuen Umspannwerken (Altentreptow 
Nord, Altentreptow Süd und Badingen) aus den nördlichen Regionen.

Also ein Netz komplett ohne drehende Massen wirds so schnell nicht 
geben. Jedenfalls nicht, solange man nicht auch noch die komplette 
Ausgangsleistung großer Wasserkraftwerke durch Maschinen-Umrichter 
schickt, halte ich aber nichts von.

Solarthermische Kraftwerke würden ebenfalls Dampfturbinen mit drehenden 
Generatoren verwenden.

Ansonsten sind elektronische Wechselrichter extrem flexibel, Wenn Du von 
sowas einen 88,666Hz Sägezahn als Netzspannungsform willst, bekommst Du 
ihn auch. Also ich wüsste nicht wieso die Regelung ein Problem damit 
hätte, möglichst nahe am 50Hz Sinus zu bleiben, auch ohne rotierende 
Massen.

Das 5..8kHz Gefiepse großer Industrie-Umrichter ist nervig, aber den 
IGBTs geschuldet. Große IGBTs sind ziemliche Divas was ihre 
Schaltgeschwindigkeit und ihr Verhalten beim Sperren betrifft. Da muß 
man hinterher viel Aufwand betreiben, um die PWM-Frequenz aus dem 
erzeugten Ausgangsstrom herauszufiltern. Vielleicht werden irgendwann 
FETs gut bzw. preisgünstig genug für Umrichter mit bis zu ein paar 
Megawatt Leistung. Die könnte man auch mit sagen wir 100kHz fahren. 
Vielleicht braucht man dann einige 100 Watt Treiberleistung (wenig 
gemessen an der Ausgangsleistung), aber die damit erreichbare Qualität 
der Ausgangsspannung wäre deutlich besser.

Was auch wirklich nervt ist die Profilneurose von MaWin&Friends. Die 
Frage, wieso sich der eine MaWin (wenns ihn denn geben sollte) nicht 
einfach anmeldet, ist schwerer zu beantworten als die Lösung all unserer 
Energieprobleme.

Karl schrieb:
> Soweit mit bekannt: damit der Wechselrichter einspeisen kann, muss es
> eine Phasenverschiebung zwischen Netz und Wechselrichter geben. (Er soll
> ja nicht die Effektivspannung erhöhen).

Genau das wird immer wieder postuliert, aber ist meines Erachtens 
falsch.
Stellt euch mal hypothetisch vor, ein Netz arbeitet mit 
Rechteckspannung.
Nun will an einem Ende ein Erzeuger einspeisen. Er wird wohl nicht wenn 
eine negative Halbwelle anliegt mit einer positiven Spannung das 
auszugleichen versuchen. Stattdessen wird er immer wenn er eine positive 
Halbwelle an seinem Netzanschluß erkennt, selber eine positive Halbwelle 
zu genau dem gleichen Zeitpunkt bereitstellen, die natürlich eine höhere 
Spannung haben muß als wenn er sie nicht bereitstellt am Netzanschluß 
anliegt, damit er Leistung ins Netz einspeist.

Das sich die Frequenz ändert wenn ein Überangebot/Unterangebot vorliegt 
ist dadurch bedingt daß sich rotierende Massen auf Erzeugerseite 
schneller drehen wenn die Abnahme (elektr. Leistung) kleiner ist als die 
mechanische Leistung am Generator. Auf Abnehmerseite umgekehrt.

Und im Netz ist die Frequenzstabilität eine Führungsgröße damit immer 
ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Abnahme vorhanden ist. Das ist 
aber eine ingenieurtechnische Festlegung, im ehemaligen 
Ostblock-Verbundnetz war ständig Unterfrequenz, da hat man halt bei 
Erzeugung < Abnahme nicht eingegriffen.

> Soweit mit bekannt: damit der Wechselrichter einspeisen kann,
> muss es eine Phasenverschiebung zwischen Netz und Wechselrichter
> geben. (Er soll ja nicht die Effektivspannung erhöhen).
Doch. Wenn Dein erster Satz stimmen würde, könnte kein einziger 
Inselwechselrichter arbeiten.

In einem Netz ohne direkt gekuppelte drehende Maschinen oder 
Induktivitäten/Kapazitäten (als Beispiel, wenn man über einen 
Inselwechselrichter ein paar alte Glühlampen betreibt) ist die 
Ausgangsspannung die einzige Regelgröße, die Dir bleibt. Die Aufgabe des 
Wechselrichters besteht dann darin, so viel Strom einzuspeisen wie nötig 
ist, um 230V am Ausgang zu halten. In Verbundnetzen (mehrere 
einspeisende Wechselrichter) müsste man den Wechselrichtern nun noch 
einen Strom-Sollwert vorgeben, bzw. einen Bereich, in dem sie ihren 
Ausgangsstrom an die Ausgangsspannung anpassen sollen. Oder sowas wie 
fahre 100% Ausgangsstrom bei 225V linear fallend bis 0% bei 235V. Bei 
zwei Wechselrichtern mit Ausgangsleistung 1 und einem Verbraucher mit 
ebenfalls Stromaufnahme 1 würden sich beide Wechselrichter die Last 
brüderlich bei 50% teilen. Kommt eine zweite gleiche Last hinzu, liefern 
beide Wechselrichter 100% Nennlast und die Spannung würde auf 225V 
absinken (was innerhalb der Toleranz liegt und durch Anpassungen der 
Regelkurve noch ausgeglichen werden könnte wenn man es will). Die 
Regelung bei Laststprüngen muß dabei aber besonders schnell sein, da die 
Pufferwirkung von direktgekuppelten drehenden Massen fehlt.

In der Praxis hat man natürlich Abweichungen von meinem einfachen 
Rechenmodell, da sich an ohmischen Lasten mit der Spannung auch die 
Stromaufnahme ändert und man keine 100% Nennleistung aller Generatoren 
möchte.

Die Phasenverschiebung bei Wechselrichtern brauchst Du nur zur 
Blindleistungskompensation. Blindleistung hat man bei allen reaktiven 
Bauteilen im Netz, also schon an den Transformatoren im 
Übertragungsnetz, an überall vorhandenen Kapazitäten und natürlich an 
direkt am Netz laufenden Antriebsmaschinen (deren Solldrehzahl von der 
Netzfrequenz abhängig ist). Bei letzterem entsteht auch eine 
Abhängigkeit zwischen Leistungsaufnahme und Änderung der Netzfrequenz. 
Bei steigender Frequenz nehmen sie mehr Leistung auf weil sie ihre 
Drehzahl erhöhen wollen und bei fallender Frequenz reduziert sich ihre 
Drehzahl bei entsprechend geringerer Leistungsaufnahme. Motorbetrieb und 
Generatorbetrieb direkt netzgekuppelter Maschinen mit frequenzabhängiger 
Drehzahl (also keine RSM z.B.) ist elektrisch identisch, jeder dieser 
Motoren kann als Generator arbeiten und jeder Generator kann auch als 
Motor laufen, ohne daß man irgendwas umschalten muß. Ob das Ding als 
Motor oder Generator läuft hängt nur davon ab, ob man den Rotor bremst 
oder beschleunigt.

Einfache Wechselrichter können nicht mal Blindleistung bzw. über den 
Phasenversatz einspeisen, da sie ihren Ausgangsstrom exakt an die 
Spannungskurve anpassen. Damit verhalten sie sich wie ein negativer 
ohmischer Verbraucher bzw. negativem Strom und liefern nur reine 
Wirkleistung.

> Seit einigen Jahren müssen z.B. alle Solarwechselrichter (als
> Beispiel!) Blindleistung erzeuzen können.
Stimmt. Aber wieso nagelst Du mir an meinen Text ein Falsch dran? Gibts 
bei Dir erst "seit einigen Jahren" PV-Anlagen und der Altbestand hat 
keine Daseinsberechtigung mehr? Ich sprach von einfachen Wechselrichtern 
mit wenig Leistung, ein neueres 5kW-Gerät würde ich da nicht gerade 
drunter zählen, sondern eher so die alten SWR850 oder vergleichbare, 
sowas dürfte vor 20..25 Jahren ziemlich wenig von 
Blindleistungseinspeisung gehört haben.

> Woher weiß der WR, in welcher Phase er den Strom einprägen muss?
Genau da geht's los, warum Dein Wechselrichter wahrscheinlich keine 
Blindstromeinspeisung macht, auch wenn er's könnte. Das müßte ihm 
nämlich vom VNB mitgeteilt werden. Ich weißt nicht ob das flächendeckend 
via Rundsteuertechnik gemacht wird, ein Datenankoppelgerät wie bei 
größeren Anlagen für deren Bussystem zu einer VNB-Datenverbindung wirst 
Du bestimmt nicht haben.

Die PV-Großanlagen erledigen schon etliche Jahre einen recht großen Teil 
an Blindleistungsbereitstellung. Bei einem 500kWp Wechselrichter können 
durchaus schon mal 150..200kVAr gefahren werden. Ob die für jede Phase 
unterschiedliche Blindleistungswerte fahren weiß ich aber auch nicht. 
Vermutlich nicht, aber wenn doch dann wohl nur wenige Prozent 
abweichend, sonst werden die Phasenströme zu unsymmetrisch. Gesehen habe 
ich es bislang nur auf alle Phasen gleich verteilt bzw. nirgendwo stand 
was anderes. Die Trafos dieser Anlagen (so große Wechselrichter speisen 
üblicherweise in ein 10/20kV MS-Netz ein, welches die Leistung des Parks 
zusammenführt) sind jetzt auch nicht groß großzügig dimensioniert, wenn 
der oder die angeschlossenen Wechselrichter wirklich mal Volldampf 
machen, laufen die an ihrer Leistungsgrenze ohne große Reserven für 
zusätzlich erhöhte Phasenströme.

Fuer die Stabilisierung wird in dem Falle eine leistungsstarke 
Akkupufferung benötigt. So eine Anlage gibt es zum Beispiel von Tesla, 
Elon Musk, in Australien.

Die gibts hier auch schon, aber bislang in eher homöopatischen Mengen.

Beispiel Solarpark Neuhardenberg: 5MW Batteriespeicherkraftwerk mit 5MWh 
Kapazität. Gesamtleistung der PV-Technik dort: 155MWp.

Dagegen mal jemand aus einer anderen Liga - Goldisthal: 1060MW 
Pumpspeicherkraftwerk mit 8500MWh Kapazität.

Sorry, aber so'n Mini-Batteriekraftwerk ... scheißt sich weg.