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442 Eigenstromversorgungsanlagen

Sicherheit vor Seltenheit

Versorgungssicherheit, Netzstabilität, Blackout, ...

Das europäische Stromversorgungsverbundnetz ist ein zunehmend komplexes und fragiles System, und die Gefahr eines großflächigen Stromausfalls oder gar eines Blackouts wird präsenter. Einige Gründe, die zu dieser Problematik beitragen:

  1. Exponentieller Anstieg volatiler Erzeugungsanlagen: Die Integration erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie wird weitestgehend als umweltfreundlich interpretiert, ist jedoch auch wetterabhängig und somit schwankend. Diese Volatilität belastet das Netzmanagement, da jederzeit ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Bezug aufrechterhalten werden muss.

  2. Stromhandel und seine Auswirkungen: Der grenzüberschreitende Stromhandel erlaubt zwar die optimale Nutzung von Ressourcen, kann jedoch bei plötzlichen Engpässen zu Engpässen in anderen Ländern führen und das Gesamtsystem destabilisieren.

  3. Energiewende und Systemwechselwirkungen: Die Energiewende führt zu einem Paradigmenwechsel in der Stromerzeugung, mit einer zunehmend dezentralen Einspeisung. Das Stromnetz ist jedoch oft noch auf eine zentrale Energieversorgung ausgelegt, was Anpassungen erforderlich macht.

  4. Cyberattacken: Die Digitalisierung und Vernetzung der Energieinfrastruktur bringen Risiken durch Cyberangriffe mit sich. Angreifer könnten gezielt Schwachstellen ausnutzen, was zu regionalen Ausfällen oder einem Blackout führen könnte.

  5. Kaskadeneffekte: Kleine, lokale Störungen können sich im Verbundnetz schnell ausbreiten und kaskadieren. Solche „Kettenreaktionen“ bergen das Risiko, zu einem großflächigen Ausfall oder Blackout zu führen.

Die Unterscheidung zwischen einem Stromausfall und einem Blackout liegt vor allem in und Ausmaß bzw. den betroffenen Netzebenen.

  1. Stromausfall: Dies ist in der Regel ein kurzfristiger, lokal begrenzter Ausfall der Stromversorgung. Ein Stromausfall kann durch unterschiedliche Ursachen wie Unwetter, technische Defekte oder Störungen auf den unteren Netzebenen (Verteilnetzen) entstehen. Diese Ausfälle betreffen oft nur einzelne Haushalte, Straßen oder Stadtviertel und sind meist schnell behoben.

  2. Blackout: Ein Blackout bezeichnet hingegen einen großflächigen, langanhaltenden Ausfall der Stromversorgung, der oft mehrere Regionen oder sogar ganze Länder betreffen kann. Ein Blackout betrifft in der Regel die höheren Netzebenen, also das europäische Übertragungsnetz (Netzebenen 1 + 2). Er kann durch schwerwiegende Störungen im Stromsystem, etwa durch eine Kettenreaktion von Ausfällen oder extreme Netzüberlastungen, ausgelöst werden. Aufgrund der Ausmaße eines Blackouts hat dies nicht nur Auswirkungen auf die Energieversorgung, sondern kann auch auf andere kritische Infrastrukturen wie Wasser- und Kommunikationsversorgung Auswirkungen haben und zu einem Infrastrukturausfall führen.

Zusammengefasst: Der Stromausfall ist ein lokal begrenztes, kurzfristiges Ereignis, während ein Blackout ein flächendeckender und langanhaltender Ausfall auf höheren Netzebenen ist, der oft auch weitreichende Folgen für Gesellschaft und Wirtschaft hat.

Weiterführende Informationen:

Was bei einem Blackout geschieht
Folgen eines langandauernden und großräumigen Stromausfalls
- Studien des Büros für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag
Statement des Präsidenten des Bundesrechnungshofes, Kay Scheller
Sichere und bezahlbare Stromversorgung zunehmend in Gefahr
Bundesnetzagentur
Realisierte- / Prognostizierte- / Installierte Stromerzeugung
EEX - Transparenzplattform für europäische Energiemärkte
Kapazität / Nutzung / Verfügbarkeit

Die Hauptanwendungen mobiler Netzersatzanlagen (NEA) sind vielseitig und bieten eine flexible Lösung für verschiedene Szenarien, in denen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erforderlich ist. Neben der klassischen Nutzung als Inselanlagen (z.B. bei temporären Stromversorgungen an Einsatzstellen oder auf Baustellen) kommen mobile Anlagen auch in anderen Bereichen zum Einsatz:

  1. Redundante Stromversorgung bei geplanten Arbeiten an stationären Netzersatzanlagen: Wenn an der stationären Netzersatzanlage Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchgeführt werden, stellt die mobile NEA sicher, dass die Stromversorgung weiterhin gewährleistet bleibt. So wird verhindert, dass es zu Stromausfällen kommt, während die stationäre Anlage außer Betrieb ist.

  2. Stromversorgung bei Großveranstaltungen: Bei großen Events wie Konzerten, Messen, Festivals oder Sportveranstaltungen wird die mobile Netzersatzanlage oft als zusätzliche Stromquelle eingesetzt. Hier dient sie als Notstromversorgung oder zur Unterstützung des regulären Stromnetzes, um Engpässe zu vermeiden und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Insbesondere bei Veranstaltungen, die auf temporäre Infrastruktur angewiesen sind (z.B. Zeltbauten, mobile Bühnen, gastronomische Einrichtungen), sind mobile NEAs unerlässlich.

  3. Einsatz bei Naturkatastrophen oder Notfällen: Nach Naturkatastrophen wie Stürmen, Überschwemmungen oder Erdbeben, bei denen die reguläre Stromversorgung ausfällt, können mobile Netzersatzanlagen zur schnellen Wiederherstellung einer Basis-Stromversorgung beitragen. Sie kommen z.B. in Notunterkünften oder in Bereichen zum Einsatz, in denen eine rasche Wiederherstellung von Infrastruktur notwendig ist.

  4. Unterstützung bei geplanten Netzabschaltungen: Bei umfangreichen Arbeiten im öffentlichen Stromnetz, die geplant sind (z.B. für Umbauten, Wartungsarbeiten oder Modernisierungen), können mobile NEAs als temporäre Lösung zur Überbrückung von Ausfallzeiten eingesetzt werden.

Im Zusammenspiel mit USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), die kritische Geräte wie Server oder medizinische Geräte für einen kurzen Zeitraum (meist Minuten) mit Strom versorgen, gewährleisten mobile Netzersatzanlagen eine längere, oft stunden- oder sogar tagelange Notstromversorgung. Während USVs im Wesentlichen für die Überbrückung von kurzen Stromunterbrechungen konzipiert sind, bieten Netzersatzanlagen eine langfristige Lösung, um eine Einrichtung auch bei einem längeren Ausfall des öffentlichen Stromnetzes am Laufen zu halten.

Zusammengefasst: Mobile Netzersatzanlagen bieten eine flexible, temporäre und langfristige Lösung zur Sicherstellung der Stromversorgung in verschiedenen Anwendungsbereichen, sei es als Notstromversorgung bei Großveranstaltungen, zur Überbrückung geplanter Netzabschaltungen oder als schnelle Hilfe bei Notfällen.

Beispiele aus unseren Projekten:

  • Pressezentrum für den G8-Gipfel 2015
    Olympia-Eissport-Zentrum Garmisch-Partenkirchen
  • Skiflug - Weltmeisterschaft 2018
    Heini - Klopfer - Schanze Oberstdorf
  • Landratsamt OAL 2020
    Backup für Reparaturarbeiten stat. Netzersatzanlage
  • Live - Übertragung Trauergottesdient Benedikt XVI 2023
    Münchner Liebfrauendom

Anlieferung und Aufbau stationärer NEA in begehbarer Beton - Fertigstation

  • Absetzen der Unterzelle auf einem vorbereiteten, tragfähigen Untergrund
  • Positionierung der Einbauten in der Unterzelle (Tankanlage, Zu- / Abluftanlage, Motor- / Generatorsatz sowie Steuerschrank)
  • Aufsetzen der Oberzelle durch Überstülpen auf die Unterzelle

 

Schwungmassengestützte Netzersatzstromanlagen

Die schwungmassengestützten Stromversorgungen stellen eine besonders interessante und fortschrittliche Technologie im Bereich der Notstromversorgung dar. Sie kombinieren verschiedene technische Elemente, um eine zuverlässige und sofort verfügbare Stromversorgung zu gewährleisten und darüber hinaus zusätzliche Funktionen zu übernehmen, die klassische Notstromdiesel nicht bieten.

Aufbau und Funktionsweise:

Eine schwungmassengestützte Stromversorgung besteht typischerweise aus:

  • Rotierenden Massenspeichern (auch als Schwungmassen oder Flywheels bezeichnet): Diese rotieren mit hoher Geschwindigkeit und speichern Energie in Form von kinetischer Energie. Sie haben eine hohe Leistungsdichte und können sehr schnell Energie abgeben, was sie besonders nützlich für die sofortige Überbrückung von Stromausfällen macht.
  • Dieselmotor: Dieser Motor wird verwendet, um den Generator anzutreiben und sicherzustellen, dass die Stromversorgung auch während längerer Ausfälle stabil bleibt.
  • Generator: Der Generator wandelt die mechanische Energie des Dieselmotorantriebs in elektrische Energie um und versorgt die angeschlossenen Lasten.

Die Besonderheit dieses Systems im Vergleich zu klassischen Notstromdieselanlagen liegt in der Kombination der rotierenden Massenspeicher mit dem Dieselmotor und dem Generator. Die Schwungmasse sorgt dabei für die sofortige Verfügbarkeit von Energie, sobald ein Stromausfall festgestellt wird – schneller als bei herkömmlichen Notstromaggregaten, die erst durch den Startvorgang des Dieselmotors eine Stromversorgung bereitstellen. Die Schwungmasse kann innerhalb von Millisekunden auf die Last reagieren, sodass die Stromversorgung ohne Unterbrechung bleibt.

Hauptvorteile schwungmassengestützter Stromversorgungen:

  1. Sofortige Verfügbarkeit: Durch die Schwungmasse kann diese Art der Stromversorgung nahezu ohne Verzögerung die kritische Last übernehmen und die USV-Funktion (unterbrechungsfreie Stromversorgung) bereitstellen, solange der Dieselmotor hochfährt oder die Hauptversorgung wiederhergestellt wird.

  2. Längere Betriebsdauer und Redundanz: Anders als bei einer klassischen USV-Anlage, die auf Batterien angewiesen ist, die irgendwann erschöpft sind, kann die rotierende Schwungmasse über längere Zeiträume stabile Energie liefern, bis der Dieselmotor anspringt. Das System bietet so eine längere Pufferzeit.

  3. Netzfilter-Funktion: Schwungmassengestützte Systeme können auch als Netzfilter fungieren. Durch die Kombination von Massenspeichern und Generatoren lassen sich Schwankungen in der Spannung oder Frequenz im Netz ausgleichen und kleinere Netzstörungen können direkt kompensiert werden. Diese Eigenschaft macht das System besonders geeignet für den Einsatz in kritischen Infrastrukturen, in denen eine kontinuierliche und stabile Stromversorgung essenziell ist.

  4. Effizienz und Lebensdauer: Schwungmassenspeicher haben eine sehr hohe Anzahl von Lade- und Entladezyklen und benötigen weniger Wartung als Batteriebasierte Systeme. Dies erhöht ihre Langfristigkeit und Effizienz, insbesondere in Anlagen, die regelmäßig in Betrieb sind.

Einsatzbereiche:

Schwungmassengestützte Stromversorgungen werden hauptsächlich in kritischen Infrastrukturen eingesetzt, bei denen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und gleichzeitig eine stabile Netzqualität erforderlich sind. Typische Einsatzgebiete umfassen:

  • Industrielle Anwendungen: In großen Industriebetrieben, die eine stabile und kontinuierliche Stromversorgung benötigen, z.B. für Produktionsanlagen, die bei Stromausfällen oder Spannungsschwankungen nicht stehen bleiben dürfen.
  • Krankenhäuser und medizinische Einrichtungen: Hier ist eine ununterbrochene Stromversorgung von zentraler Bedeutung, um die Funktionalität lebenswichtiger Geräte wie Beatmungsgeräte, Notstromversorgung von OP-Sälen und medizinischen Geräten zu gewährleisten.
  • Campusartige Einrichtungen und Rechenzentren: In Universitäten, Forschungseinrichtungen oder großen Bürokomplexen, in denen IT-Systeme und Netzwerkinfrastrukturen konstant und zuverlässig betrieben werden müssen.
  • Energieversorgungsunternehmen und kritische Versorgungsnetze: Für den Schutz und die Stabilisierung des Versorgungsnetzes, insbesondere bei der Einspeisung in das Mittelspannungsnetz.

Zusammengefasst:

Die schwungmassengestützte Stromversorgung stellt eine besonders robuste und schnelle Lösung zur Überbrückung von Stromausfällen dar. Sie bietet die Vorteile einer sofortigen Notstromversorgung, kombiniert mit einer Funktion als Netzfilter, und stellt so eine zuverlässige Stromversorgung für kritische Infrastrukturen sicher. Im Vergleich zu klassischen Notstromdieseln bietet dieses System sowohl eine schnellere Reaktion auf Ausfälle als auch eine längere Betriebsdauer durch die Nutzung rotierender Massenspeicher.

 

Die Auslegung stationärer Anlagen für die Versorgung von Teilbereichen z.B.:

  • Rechenzentren
  • med. genutzte Bereiche (OP / Intensivmedizin)
  • Notkühlsysteme Anlagentechnik
  • Feuerlöscheinrichtungen
  • ...

oder der Übernahme der Gesamtversorgung zur Aufrechterhaltung des Betriebes erfolgt entsprechend den Erfordernissen des Betreibers.

Hierbei gilt es zunächst, die kritischen Anlagen / -teile, Betriebs- und Produktionsabläufe, etc. zu identifizieren und darauf aufbauend ein entsprechendes Schutzkonzept zu entwickeln.