Umspannwerk mit Phasenschieber-Transformatoren Raum Waldeck

Die Energiewende bringt fundamentale Veränderungen für das deutsche Stromnetz. Früher wurden Kraftwerke wie Borken oder Wölfersheim dort gebaut, wo der Strom benötigt wurde oder Rohstoffe verbrauchsnah zur Verfügung standen. So wurde die Energie über kurze Strecken direkt zu den Verbrauchern gebracht. Im Gegensatz dazu befindet sich der mehrheitliche Anteil an Windenergie- und Solaranlagen dort, wo sie am meisten Energie produzieren können. Das sind die küstennahen On- und Offshore-Regionen und vor allem der ländliche Raum. Unser Stromnetz muss an diesen fundamentalen Wandel angepasst werden und neben dem Neubau von Leitungen und Umspannwerken ist die Verstärkung bestehender Anlagen ein wichtiger Eckpfeiler für den sicheren Netzbetrieb der Zukunft.

TenneT folgt hierbei dem NOVA-Prinzip: NOVA steht für Netz-Optimierung vor -Verstärkung vor -Ausbau. Das bedeutet: Bevor TenneT eine neue Leitung plant, wird zunächst versucht, den bestehenden Netzbetrieb zu optimieren und die vorhandenen Leitungen zu verstärken.

TenneT verstärkt die Bestandstrassen, indem die stromführenden Leiterseile durch sogenannte Hochtemperaturleiterseile ausgetauscht werden, dies ermöglicht eine Erhöhung der Stromtragfähigkeit von 2620 auf 4000 Ampere. 

Neubau eines Umspannwerks mit Phasenschieber-Transformator (PST)

Der Raum Waldeck ist ein Knotenpunkt der Energieverteilung entlang der Hauptachsen, geprägt durch hohe Leistungsflüsse zur Abführung von Strom aus Erneuerbarer Energie nach Süddeutschland. ​

Was genau ist ein Phasenschieber-Transformator (PST)? Der erforderlich werdende Betrieb von Phasenschieber-Transformatoren stellt einen aktiven Eingriff in das Stromnetz dar, da direkt auf Lastflüsse eingewirkt wird. Die gezielte Steuerung des Lastflusses ermöglicht somit eine optimierte Verteilung des eingespeisten Stroms und eine bessere Auslastung der bestehenden 380-kV-Leitungen im Netzgebiet von TenneT.

Phasenschieber-Transformatoren erhöhen damit die Versorgungssicherheit und kostspielige Abschaltungen von Stromerzeugungsanlagen können in erheblichem Maße begrenzt werden.

 

Wie funktioniert ein Phasenschieber-Transformator? Um zu verstehen, wie ein Phasenschieber-Transformator funktioniert, stellen wir uns das Stromnetz einmal als ein Netz von vielen Wasserleitungen vor – und die Umspannwerke sind Wasserwerke. Jede Leitung hat ein bestimmtes Durchflussvermögen. Welche Menge die Wasserleitung dabei aufnehmen kann, hängt von ihrem Durchmesser ab. Der Phasenschieber-Transformator kontrolliert die Öffnung, indem er die Aufnahme wie ein Ventil steuert. Wird beispielsweise der Durchfluss begrenzt, sucht sich das nicht aufgenommene Wasser eine andere Leitung, durch die es fließen kann. Bei Strom funktioniert das genauso, da Strom immer den Weg des geringsten Widerstands nimmt. Die Phasenschieber-Transformatoren regeln also den Zufluss, wodurch der Stromfluss in andere, weniger belastete Leitungen erfolgt. Der Phasenschieber-Transformator schützt eine Leitung vor Überlastung und trägt dazu bei, dass der Stromfluss über das Netz vergleichmäßigt wird.

 

Wer steuert die Netzflüsse? Das Stromnetz ist stabil, wenn laufend genauso viel Strom erzeugt wie verbraucht wird. Als Übertragungsnetzbetreiber gehört es zur Aufgabe von TenneT, über dieses Gleichgewicht zu wachen. Das ist keine triviale Aufgabe. Schließlich können die Stromanbieter nicht genau wissen, wie viel Strom die Kunden nachfragen werden. TenneT überwacht das Stromnetz und dessen Auslastung in verschiedenen Betriebszentren. Dies ist die sogenannte Netzführung oder Systemführung. Drohen an verschiedenen Stellen des Netzes Überlastungen, wenn bspw. viel Windenergie aufgenommen werden muss, wird die Netzführung dafür sorgen, dass die Strommengen umgeleitet werden. So bleiben die Netze stabil und der Strom fließt. Der Phasenschieber-Transformator ist eines der wesentlichen Werkzeuge für die Netzführung, um einen sicheren und kostengünstigen Betrieb des Stromnetzes zu gewährleisten.

Der menschliche Körper ist ein kompliziertes Gebilde. Manche Prozesse zwischen Scheitel und Sohle sind der Wissenschaft noch immer ein Rätsel. Eines aber steht fest: ohne die Blutbahnen, das zentrale Transportsystem für nahezu alle lebensnotwendigen Stoffe, geht nichts. Dabei kommt es vor allem auf die Balance an. Ein zu hoher Puls ist auf Dauer ebenso gefährlich wie ein zu niedriger. Deshalb regulieren Gehirn und Herz den Kreislauf. Was dieses anatomische Kleinklein mit der Stromübertragung zu tun hat? Mehr als man auf den ersten Blick denkt.

Denn auch für die Übertragungsnetze von Höchstspannung gilt: zu viel Strom auf der Leitung ist schlecht, zu wenig ebenfalls. Aus diesem Grund bedarf es auch beim Stromnetz einer Instanz, die für das Gleichgewicht sorgt. Herz und Hirn für die Netzsteuerung sind die Schaltwarten.  Unsere Techniker haben seit vielen Jahren alle Hände voll zu tun, um den Pulsschlag der Netze zu regulieren.

 

Erneuerbare Energien als Herausforderung

Früher war es einfacher, eine gleichbleibende Spannung in den Übertragungsnetzen sicherzustellen. Der Strom wurde von großen Kohle- und Kernkraftwerken eingespeist, die Tag und Nacht eine planbare – allerdings wenig nachhaltige – Versorgung garantierten. Durch die Energiewende steigt der Anteil an Solar- und Windstrom seit längerer Zeit stark an. Der Nachteil: bei Flaute oder Bewölkung sinkt der Ertrag und weniger Strom kommt im Netz an. Oder umgekehrt: bei viel Wind und strahlendem Sonnenschein könnte mehr eingespeist werden als die Leitungen vertragen können. Damit weder das eine noch das andere zu einem Kollaps oder Ausfall führt, greifen unsere Fachleute in der Schaltwarte ein – zum Teil mehrere tausend Mal im Jahr. Die Kosten für die notwendigen Eingriffe gehen dabei in den Milliardenbereich.

Der Fachbegriff für die regulierenden Eingriffe ins Netzt lautet „Redispatch“. Notwendig ist dieses Vorgehen, um zu jedem Zeitpunkt und überall eine sichere Versorgung zu garantieren. Der Knackpunkt ist hierbei der Begriff „überall“. Denn das Hauptproblem besteht weniger in der Erzeugung des Stroms, sondern vielmehr in den fehlenden Transportkapazitäten. So wird Windenergie recht zuverlässig im Norden beziehungsweise an den Küsten Deutschlands erzeugt. Benötigt wird der Strom allerdings vor allem in den Industrieregionen im Süden. Das Nadelöhr sind die Leitungen. Um im Bild des menschlichen Körpers zu bleiben: sind die Blutbahnen verengt, droht ein Schlaganfall. In der Schaltwarte  muss die Netzführung häufig Windkraftanlagen im Norden abregeln, um eine Überlastung zu vermeiden. Der dadurch im Süden fehlende Strom wird dann beispielsweise von Gaskraftwerken produziert, die extra für die notwendigen Eingriffe hochgefahren werden. Die konventionelle Kohleverstromung dagegen bleibt bisher meist dauerhaft am Netz.

Zum sogenannten Redispatch gehören, einfach gesagt, zwei Stromerzeuger und eine Übertragungsleitung. Droht an einer bestimmten Stelle im Leitungsnetz ein Engpass, erhält das Kraftwerk vor dem Engpass die Anweisung, weniger Strom zu liefern – und auf der anderen Seite, hinter dem Engpass wird ein anderes Kraftwerk aufgefordert, seine Leistung zu erhöhen. Der Begriff ist etwas freier übersetzt, denn anders als es das englische „Redispatch“ eine „Rücksendung“ beschreibt, kommt es in dem oben beschrieben Fall zu einem „Storno“ und „Neubestellung“. Redispatches werden täglich vorgenommen: Der Vorteil ist, dass die insgesamt eingespeiste Menge an Energie sich nicht ändert und die Verbraucher weiterhin zuverlässig mit Strom versorgt werden. Auf der anderen Seite jedoch, werden mit dem Wechsel des Standorts der Stromproduktion und der somit angezapfte Reserven nachvollziehbare Kosten verursacht, die den Strompreis erhöhen.

 

Mehr Platz in der Leitung

Die Lösung liegt im Netzausbau. Ausreichende Transportkapazitäten ermöglichen es, die Engpässe aufzulösen, mehr Strom vom Norden in den Süden zu transportieren und dann vor Ort zu verteilen. Dafür sorgt der Phasenschieber. Im Umkehrschluss sinken die Kosten für den Redispatch – was sich auch für die Stromkunden auszahlt – und die Übertragungsnetze werden fit für die Energiewende.