Home > Strom > Von der Elektrotechnik ...

Von der Elektrotechnik zum Unsinn der Windenergienutzung
Ein spannender Ausflug in die Welt von Wechselstrom-Energieformen und WKA
von Theodor O. Blum Juli 2009

Wenn Juristen zu vermitteln ist, daß einer erfolgreichen Nutzung alternativer Stromerzeugung physikalische Gesetze der Elektrotechnik entgegenstehen, wäre eine gerichtliche Entscheidung gegen das EEG erfolgversprechend. Dazu sollte man wissen, daß Elektroenergie nicht gleich Elektroenergie ist. Da gibt es den Gleichstrom und den Wechselstrom. Beide el. Energieformen haben besondere Eigenschaften mit wichtigen Vor- und Nachteilen. Nachdem Nicola Tesla 1893 der Welt beweisen konnte, daß Wechselstromenergie mit nur sehr geringen Verlusten über weite Strecken, mit nur dünnen Drähten, geleitet werden kann, wird diese Energieform weltweit für die el. Stromversorgung eingesetzt. Allerdings mit zwei wesentlichen Unterschieden: In seinerzeit angelsächsisch dominierten Ländern mit 60 Hz und im Rest der Welt mit 50 Hz, so auch in Europa - außer England. Beide Frequenzen haben wiederum Vor- und Nachteile. Bleiben wir bei der deutschen Stromversorgung mit 50 Hz.

1. Zur Stromversorgung werden in den konventionellen Großkraftwerken ausschließlich Synchrongeneratoren eingesetzt. Bis heute gibt es kein Verfahren, auf anderem Wege Wechselstrom mit gleichen positiven Eigenschaften zu erzeugen, die da sind: Einwandfrei saubere Sinusschwingung, hundertprozentige Übereinstimmung von Frequenz und Phasenlage und sehr schnelle Anpassung der Erzeugungsleistung an den augenblicklichen Verbrauch. Wechselstrom von Synchrongeneratoren, in ein gemeinsames Netz eingespeist, addiert sich im Netz als wären alle Teilenergien von einem einzigen Generator erzeugt, oder als hätten alle Generatorläufer eine gemeinsame Welle. Es gibt keine Neigung zu Oberschwingungen und somit auch keine Verluste wegen Phasenverschiebungen oder deformiertem Sinusverlauf. Alte Kraftwerkstechniker, heute gibt es die nicht mehr da diese mehr oder weniger unfreiwillig Ruheständler sind, hatten die eherne Prämisse: "Haltet das Netz sauber". Auch der VDE mit seinem riesigen Vorschriftenwerk hat mal darauf geachtet. Die Generatorleistung aller konventionellen Kraftwerke liegt bei 100 GW = 100.000 MW = 100.000.000 kW. Für die höchste Stromspitze werden ca. 75 GW benötigt < /STRONG > . 25 GW sind Reserve.
2. Mit der Idee einer alternativen Stromerzeugung mit regenerativer Energie mußten andere Stromerzeuger eingesetzt werden, weil Synchrongeneratoren für unstete Antriebsleistungen wie dem Wind, wegen dem Zeitaufwand für den Synchronisierungsvorgang, nicht verwendbar sind und außerdem auch zu teuer. Denn bevor Synchronisierung und Zuschaltung erreicht würden, hat der Wind sich gedreht oder sich sonstwie geändert und der Synchronisierungsvorgang müßte immer neu beginnen. Deshalb wurden anfangs ausschließlich Asynchrongeneratoren zur Wechselstromerzeugung in WKA eingesetzt. Diese erzeugen immer Wechselstrom mit höherer Frequenz als der Netzfrequenz. Bei immer mehr der jüngeren WKA wird der asynchrone Wechselstrom gleichgerichtet und danach mit Wechselrichtern in einen ungefähren Wechselstrom geformt. Dieser ist wohl synchron zur Netzfrequenz, hat aber unsauberen Sinusverlauf. Erschwerend ist dabei, daß Asynchrongeneratoren keinen Gleichlauf haben, also jeder Wechselstrom mit anderer Frequenz erzeugt und jeder Wechselrichter eine andere Sinusform. Demnach wird heute nicht eine Wechselstrom-Energieform in das Netz eingespeist, wie vorher nur mit den Synchrongeneratoren, sondern unendlich viele.
3. Dazu kommt die permanente Schwankung der Erzeugungsleistung der alternativen Stromerzeuger zwischen 0 und über 100%. Bei einer derzeit bestehenden Generatorleistung von ca. 25 GW = 25.000 MW = 25.000.000 kW ein Drittel der notwendigen Generatorleistung. Trotzdem kann damit nicht mal 1 kW der konventionellen Kraftwerksleistung unter 1) ersetzt weden. Denn jedem wird einleuchten, daß selbst der größte Generator keinen Strom erzeugt, wenn der Antrieb fehlt. Dieser Zustand betrifft alle WKA bei Windstille, Fotovoltaik bei Nacht und bewölkt am Tage, kleine Wasserkraftwerke bei zu niedrigem Wasserstand usw. Andererseits kann selbst eine kurzzeitige Windböe den Generator einer WKA auf 100% oder höhere Leistung hochjagen. Oder tagsüber Bewölkung mit Lücken bei Fotovoltaik ein fortwährendes Auf und Ab der Erzeugungsleistung. Tolerierbar ist im Netz, nach Meinung heutiger Fachleute für Stromversorgung, ein Anteil der Einspeiseleistung ALTERNATIVER/ERNEUERBARER bis höchstens 30%. Die derzeitige Jahresdurchschnittsleistung von WKA liegt bei ca. 4%, die aller ALTERNATIVEN bei ca. 12%, was einer durchschnittlichen Auslastung der Nennleistung aller Alternativen von 10 - 15% entspricht. Damit wäre die Toleranzgrenze noch lange nicht erreicht. Aber bei "guter Witterung" ist nicht auszuschließen, dass jederzeit, wenn auch nur für Sekunden oder Bruchteile davon, mit 25 GW eingespeist wird. Passiert das bei niedriger Netzbelastung von nur 40 GW, entsteht ein krasses MIßverhältnis zur Toleranzgrenze, da dann über 60% der von den Verbrauchern benötigten Energie alternativ erzeugt ist. Angenommen, für 40 GW Netzbelastung werden 12% = 4,8 GW alternativ erzeugt, dann darf die konventionelle Stromerzeugnung noch 35,2 GW betragen. Eine kurze Steigerung der ALTERNATIVEN auf 100% = 25 GW brächte für die Dauer dieser Leistungsspitze eine Gesamteinspeiseleistung von 55,4 GW. Was passiert mit den 15,4 GW die kurzzeitig als Überschuß im Netz vorhanden sind? Bis die konventionellen Kraftwerke ihre Synchrongeneratoren heruntergeregelt haben oder entsprechende Verbraucherleistungen (Pumpspeicherwerke) eingeschaltet sind, dauert es eine Weile - genügend Zeit für sehr nachteilige Wirkungen im Netz und in Verbrauchseinrichtungen bei den Stromkunden. Denn der Energieüberschuß bringt automatisch eine entsprechende Spannungsüberhöhung und sehr energiereiche Oberschwingungen. Die Folge sind sporadisch einsetzende elektrische Resonanzen mit absolutem Zerstörungpotential, überall wo eine Kapazität mit einer Induktivität so verbunden ist, daß sich ein latenter Schwingkreis ergibt. Werden die Resonanzbedingungen auch nur für Millisekunden erfüllt, durch entsprechend energiereiche Oberschwingungen mit hohen Frequenzen, sind Brände und Stromausfälle mit "unbekannter Ursache" jederzeit möglich.  Seit 2002 beobachte ich eine Häufung solcher Schadensfälle während Schwachlastzeiten, besonders an Wochenenden. Häufig entstehen auch Schäden an Maschinen und Geräten durch Zerstörung der Elektronik , oft nach vielen Jahren Gebrauch.
4. Ein weiteres Problem der Stromversorgung ist der unstete Stromverbrauch. Dieser schwankt jeden Tag in gleichbleibendem Rhythmus zwischen 100% zur Mittagszeit und ca. 60% in der Nacht (eingefügt die Tagesleistungsdiagramme für den höchsten und niedrigsten Tagesstromverbrauch 1997, mit den Stromerzeugungsanteilen). Hierfür sind wir Menschen verantwortlich, mit den für uns üblichen Arbeitszeiten und den notwendigen Ruhepausen. Die geringere Differenz zwischen Tagesspitze und Tagesmindestbelastung im Winter entsteht durch die Zuschaltung der Elektro-Wärmespeicherheizungen während der sogenannten Schwachlastzeiten.

Sicher werden Sie sich erinnern, daß es einstmal in großer Zahl Synchronuhren gegeben hat. Einfach gebaute Uhren (sehr viele Wecker) mit einem Synchronmotörchen oder entsprechender Elektronik, womit die Netzfrequenz von 50 Hz zur Gangregulierung genutzt werden konnte. In den letzten 20 - 25 Jahren sind solche Uhren vollständig verschwunden, weil diese nicht mehr genau waren. Zwei Stunden und mehr an einem Tag konnten sie "vorgehen". Besonders fatal bei Weckern, verständlicherweise. Wer noch solch eine Uhr hat, die zuletzt immer mehr "vorging" ("Nachgehen" gibt es nicht), kann diese Beobachtung selbst machen. Einfach die Uhr an der Steckdose einstecken, die Zeiteinstellung nach einer zuverlässigen Uhr, am Besten einer der modernen, funkgesteuerten Uhren, einstellen und jeden Morgen die Uhrzeit vergleichen. Abweichungen notieren und wieder genau richten. Oft konnte ich beobachten, meist in der zweiten Nachthälfte, wie meine Synchronuhr immer wieder kurzzeitig mit enormer Geschwindigkeit vorwärts drehte. Wie z.B. in der Nacht vom Sonntag zum Montag, den 25. Februar 2008, ab Mitternacht bis 7:27 Uhr, insgesamt um 2 h : 40 min : 58 sek. Wie das möglich ist? Nun, es war Wochenende mit besonders niedriger Netzbelastung zu dieser Zeit und relativ hohe Einspeiseleistung der ALTERNATIVEN. Deshalb, so mein Verständnis, wurde die zweite (100 Hz) oder gar dritte (150 Hz) "Harmonische", wie die Oberschwingungen auch genannt werden, so energiereich im Verhältnis zur 50 Hz-Frequenz der konventionellen Kraftwerke, daß diese kurzzeitig wiederholt von Oberschwingungen dominiert wurde. Und die gute Synchronuhr orientiert sich eben an der stärksten Frequenz im Netz.

 Dann braucht nur noch jemand all die und den Witterungsverhältnissen. Denn für die ALTERNATIVEN gibt es ja keine Einschränkung der Stromausfälle und Brände mit unbekannter Ursache zu erfassen, mit der Zeit des Schadenseintritts Einspeiseleistung, wäre ja auch schlecht für "das Geschäft". Spätestens nach einem halben Jahr wird eine Häufung während niedriger Netzbelastung nachweisbar.

Theodor O. Blum, Bad Krozingen
T: 07633 924935 F: 07633 924935