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Elektrizitätswirtschaft — Strommix, Preise und Netzstabilität

Warum 50 Hz verraten, ob gerade zu viel oder zu wenig Strom im Netz ist — und was das für den Preis bedeutet.

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Eine Beispielwoche in Waldheim

AFB I–II

Für die fiktive Versorgungsregion Waldheim liegen die in einer Beispielwoche erzeugten Energien vor: Braunkohle 180 MWh, Wind 120 MWh, Photovoltaik 60 MWh, Erdgas 40 MWh, Biomasse 30 MWh und Wasserkraft 20 MWh.

  1. Nennen Sie die beiden dargebotsabhängigen Erzeugungsarten aus der Aufstellung.
  2. Bestimmen Sie den Anteil der Braunkohle an der gesamten in dieser Woche erzeugten Energie.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Dargebotsabhängig ist eine Anlage, deren Leistung nicht eingestellt werden kann, weil das Wetter sie vorgibt.Beim Nennen genügt die reine Aufzählung ohne Begründung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Addiere zuerst alle sechs Werte zur Gesamtenergie und teile dann den Braunkohle-Anteil durch diese Summe.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Dargebotsabhängig sind Wind (120 MWh) und Photovoltaik (60 MWh). Alle übrigen genannten Kraftwerke sind regelbar.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

E_gesamt = 180 MWh + 120 MWh + 60 MWh + 40 MWh + 30 MWh + 20 MWh = 450 MWh. Anteil der Braunkohle: 180 MWh : 450 MWh = 0,40 = 40 %. In dieser Beispielwoche stammten 40 % der erzeugten Energie aus Braunkohle.

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Sonntagmittag mit viel Sonne

AFB II–III

In derselben fiktiven Region wird an einem sonnigen Sonntagmittag eine Last von 320 MW gemessen. Gleichzeitig speisen ein: Photovoltaik 150 MW, Wind 90 MW, ein Braunkohleblock 100 MW und ein Biomasse-Heizkraftwerk 20 MW. Der Braunkohleblock braucht für eine deutliche Leistungsänderung etwa eine Stunde, Photovoltaik- und Windanlagen lassen sich binnen Sekunden drosseln.

  1. Erläutern Sie, wie sich dieser Erzeugungsüberschuss auf die Netzfrequenz auswirkt.
  2. Berechnen Sie die Überschussleistung sowie die Energie, die in einer halben Stunde zu viel erzeugt würde.
  3. Beurteilen Sie, welche der vier Anlagen zuerst gedrosselt werden sollte.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Denke daran, wofür die Netzfrequenz ein Anzeiger ist — und in welche Richtung sie ausschlägt.
Hinweis zu Aufgabe b)
Vergleiche zuerst die gesamte eingespeiste Leistung mit der Last; nutze dann E = P · t.
Hinweis zu Aufgabe c)
Beurteile nach den Kriterien Regelgeschwindigkeit, Brennstoffverbrauch und der Frage, ob die Anlage später wieder gebraucht wird.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Erzeugung und Verbrauch sind nicht mehr gleich groß: Die überschüssige Energie beschleunigt die Generatoren im Netz, die Netzfrequenz steigt über 50 Hz. Das ist das Signal, die Einspeisung zu senken oder zusätzliche Verbraucher und Speicher zuzuschalten.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

P_ein = 150 MW + 90 MW + 100 MW + 20 MW = 360 MW. Überschuss: ΔP = 360 MW − 320 MW = 40 MW. Energie in einer halben Stunde: E = P · t = 40 MW · 0,5 h = 20 MWh. Es würden also 20 MWh zu viel erzeugt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Vollständig ist eine Antwort, die eine Anlage benennt und die Wahl an mindestens zwei Kriterien festmacht. Sinnvoll ist, zuerst den Braunkohleblock zurückzufahren: Er verbraucht Brennstoff, während Wind und Sonne kostenlos sind, und sein Überschuss von 40 MW lässt sich vollständig durch ihn abdecken. Gegen ihn spricht die lange Regelzeit von etwa einer Stunde — deshalb muss kurzfristig zusätzlich Photovoltaik oder Wind gedrosselt werden, bis der Block unten ist.