*32C3-Vorspannmusik*
Herald: Freut mich sehr, ich freue mich auch sehr auf unseren Speaker!
Ich will euch nicht lange aufhalten. So Blackouts sind schon eine unangenehme Sache,
hat jeder vielleicht schon Mal erlebt. Naja. Möchte man nicht haben. Wie man sowas
erzeugen kann, und vor allem auch wie man so etwas verhindern kann, das verrät euch
jetzt unser nächster Speaker. Ich begrüße ganz herzlich: Mathias Dalheimer.
*Applaus*
Dalheimer: Ja, Tag 4, ihr plant bestimmt schon eure Heimreise. Insofern
vielen Dank, dass so viele von euch gekommen sind. Zeigt vielleicht auch,
dass das ein Thema ist, was eine gewisse Signifikanz hat. Normalerweise, wenn man
einen Talk über ‚Blackout‘ beginnt, fängt man an mit einem Buch von Mark Elsberg
namens „Blackout“. Ich mag dieses Buch viel lieber: das ist quasi die Grundlage
von dem Roman. Das ist eine Studie vom Büro für Technikfolgenabschätzung
beim Deutschen Bundestag. Und diese Leute haben sich einfach mal auf einer
wissenschaftlichen Ebene damit beschäftigt und überlegt, was sind eigentlich
Mechanismen wenn so ein Blackout passiert, also ein langanhaltender, großräumiger
Stromausfall. Kurzresumee: nach etwa 5 Tagen hätten wir in Deutschland
vermutlich bürgerkriegsähnliche Zustände. Insofern ist
*woohoo aus dem Publikum* das Risiko… *Gelächter*
Weiß ich jetzt nicht so genau ob das ‚woohoo‘ ist, aber das Risiko ist
vielleicht relativ klein, aber der Impact ist sehr groß. So. Wie zuverlässig
ist denn überhaupt unser Stromnetz? Naja, es gibt natürlich Monitoring, das macht
die Bundesnetzagentur. Und auch in Europa andere Organisationen.
Und die berechnen den sogenannten System- Average-Interruption-Duration-Index.
Das muss ich immer ablesen, weil das ist ein hässliches Ding.
Das ist im Endeffekt eine einfache Kennzahl die sagt,
innerhalb eines Jahres, wie viele Minuten war denn kein Strom im Durchschnitt
für einen Netzverbraucher, also für einen Stromkunden, verfügbar.
Und wenn man sich das ankuckt, sind das so ich sag mal grob, roundabout, 13 Minuten.
Das ist jetzt der Zeitraum für Deutschland von 2008 bis 2014 geplottet.
In dem Zeitraum haben die erneuerbaren Energien einen sehr großen Zuwachs
erfahren. Wir sind mittlerweile bei etwa 30% der Energie, die aus regenerativen
Kräften kommt. Man kann anhand von dieser…
*Applaus*
Man kann anhand von diesen Zahlen jetzt nicht nachweisen
„okay, Erneuerbare gefährden das Stromnetz.“
Sie haben andere Effekte, und da kommen wir später dazu.
Bleiben wir noch ein bisschen bei diesem SAIDI.
Wie wird der berechnet? Naja, es gibt im §52 Energiewirtschaftsgesetz
eine Meldepflicht für die Versorger, wenn irgendwo länger als 3 Minuten
Stromausfall ist, dann muss das gemeldet werden.
Die Bundesnetzagentur betreibt dafür einen XML-basierten Webservice,
speichert das Ganze in einer SQL-Datenbank und berechnet dann diesen Kennwert und
legt da auch einen Rechenschaftsbericht vor. Bzw. keinen Rechenschaftsbericht aber
einen Bericht vor, und wertet diese Daten aus.
Das ist geil, Informationsfreiheitsgesetz: „Ich hätte gerne diese Datenbank!“
War ein Prozess von 9 Monaten… War etwas…
*Raunen und Applaus* *lacht*
*Applaus*
Das war etwas, nennen wir es „schmerzvolle Erfahrung“ auf meiner Seite.
Die Bundesnetzagentur und ich haben unterschiedliche Rechtsauffassungen
was den Inhalt betrifft.
Ich gehe davon aus, dass die frei verfügbar sein müsste, bis jetzt habe ich
nicht alle Daten bekommen. Ich habe ein Subset dieser Meldedaten bekommen.
Und wenn man jetzt da einfach mal kuckt, der erste Ausfall ist vom 1.1.2008,
der letzte Ausfall vom 31.12.2013.
Das ist quasi meine Datengrundlage, mal einfach die Ausfallursachen grob aufsummiert.
Abgesehen davon, dass sie anscheinend ein Problem mit UTF-8-Encoding haben…
*Lachen und Applaus*
…gibt es auch die kuriose Ausfallursache „Bitte wählen“.
*Gelächter*
Ich sag’s mal so: Die input validation wäre verbesserungswürdig
an dieser Stelle. Aber Spaß beiseite, die Daten an sich sind relativ
aussagekräftig. Das ist jetzt einfach mal geplottet. Pro Punkt
müsst ihr euch einen Stromausfall vorstellen, auf der y-Achse
die ausgefallene Leistung mal die Dauer, also wie groß war diese Störung.
Auf der x-Achse die Zeit. Und da sieht man relativ einfach: das meiste passiert
auf der Niederspannungsebene und Mittelspannungsebene. Auf den
höheren Netzebenen, also Hoch- und Höchstspannung, da passiert eigentlich
relativ wenig. Ja, das ist auch so zu erwarten, weil auf diesen Netzebenen
einfach viel mehr Redundanz vorgehalten wird und man da einfach mehr Failsafes hat.
Soweit so gut, sieht halbwegs plausibel aus. Trotzdem vertraue ich
diesem Datensatz nicht. Und der Grund ist folgendes:
Das ist jetzt ein bisschen komplexer. Ihr seht wieder auf der x-Achse die Zeit,
auf der y-Achse einfach nur die kumulierte Anzahl der Stromausfälle.
Was ich eigentlich erwarten würde, wäre so eine Linie wie die rote da, also
über die Zeit habe ich ein kontinuierliches Wachstum dieser kumulierten Anzahl.
Diese rote Linie ist auch der Durchschnitt von allen Versorgern.
Das ist also genau das, was man eigentlich erwarten würde.
Ich hab jetzt hier in diesen schwarzen Linien nochmal 10 zufällig ausgewählte,
aber halbwegs repräsentative Versorger dazugeplottet.
Und wenn man jetzt diesen ganz da oben, den 641, uns ankucken,
das ist eine Kurve, die eigentlich sehr seltsam aussieht.
2008 hat dieser Versorger 4 Ausfälle gemeldet, 2009 waren es 29,
2010 waren wir dann bei 1900, 2011 bei 57, und so weiter.
Und was mich sehr stutzig macht ist, dass dieser Sprung in 2010
eigentlich eine Gerade ist die exakt zum Jahreswechsel ihre Steigung verändert.
Also das ist nichts, was ich durch einen physikalischen Fehlerprozess oder so
erklären kann, das sind eher, sagen wir mal organisatorische Gründe.
Wie die Bundesnetzagentur diese Daten bewertet weiß ich nicht,
aber ich hätte da ein paar Fragen dazu. Also wenn jemand
von der Bundesnetzagentur mir das erklären kann, wäre ich sehr dankbar dafür.
Insofern, diese offiziellen Statistiken und das offizielle Monitoring
finde ich im Moment komisch. Wenn ich auch nicht sagen möchte, dass das alles
Bullshit ist, aber ich habe da Fragen.
Wie funktioniert denn, von der Planung her, im Moment die Konstruktion
oder die Zuverlässigkeit in unserem Stromnetz? Es gibt da natürlich
Planungsregeln und Auslegungskriterien. Das Wichtigste, bzw. das Hauptsächliche
ist die (n-1)-Sicherheit. Die sagt einfach, wenn ich n Betriebsmittel habe
und eines fällt aus, muss der Rest immer noch funktionieren.
Brauche ich schon alleine deswegen, weil ich natürlich auch Wartungen machen muss.
Ich muss ja in der Lage sein, zum Beispiel mal eine Hochspannungsleitung zu reparieren,
wenn da irgendwas kaputt ist.
Bei diesem Leitermast ist es z.B. so, dass man 3 Phasen hat die übertragen werden.
Und zwar 2 Leiterseile übertragen jeweils eine Phase. D. h. ein Seil kann ausfallen
und das andere Seil kann dann im Prinzip trotzdem den Strom transportieren,
wenn noch entsprechend Reservekapazität da ist.
So. Lasst uns mal einen Schritt zurückgehen.
Wie funktioniert überhaupt so ein Stromversorgungssystem?
Das ist eine Abbildung aus der Wikipedia die ich an der Stelle
eigentlich immer ganz gerne verwende. Die ist sehr komplex,
auch wenn sie nur auf einer ganz ganz hohen Ebene mal einen schnellen Überblick
gibt, was gibt es überhaupt in so einem Stromnetz. Naja, da gibt es zunächst mal
das Stromnetz selber, gegliedert in verschiedene Spannungsstufen:
Höchstspannung 220 / 380 Kilovolt,
Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung.
Das verästelt sich dann quasi auch in die einzelnen Haushalte rein.
Das was ihr daheim bekommt ist Niederspannung.
Auf der Höchstspannungsebene versucht man die Leitungsverluste – durch die
hohe Spannung relativ gering zu halten, und halt größere Strecken zu überwinden.
Dieser ganze Netzbetrieb ist, ich sag mal, sehr strikt reguliert
und auch durch die Bundesnetzagentur mehr oder weniger überwacht.
Dann hat man die Erzeuger, verschiedene Typen von Kraftwerken,
die auf verschiedenen Netzebenen angeschlossen sind. Einmal
die großen Dinger: Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke, Großkraftwerke,
die sind auf der obersten Ebene. Es gibt noch so mittlere Kraftwerke,
städtische Kraftwerke, die dann auf der Hoch- oder Mittelspannungsebene
angeschlossen sind. Es gibt Windparks, Solarkraftwerke,
große Anlagen, die auf der Mittelspannungsebene angeschlossen sind.
Und was jetzt, sag ich mal, neu hinzukommt und das ist was, wo die Erneuerbaren
wirklich Probleme auch im Stromnetz machen, ist, dass man Erzeugungseinheiten
auf der niedrigsten Netzebene hat, also auf der Niederspannungsebene. Das ist aber
nur am Rande, da sag ich heute nicht viel zu.
Genau, und dann hat man natürlich noch die Verbraucher. Das sind einmal
industrielle Abnehmer die auch auf höheren Netzebenen angeschlossen sein können.
Vor allem aber Stadtnetze, Ortsnetze auf der niedrigen Ebene.
Und wie gesagt, dort findet auch Einspeisung statt,
mittlerweile.
Wenn ihr euch ‚eine‘ Folie zum Funktionieren des Stromnetzes merkt,
sollte das ‚diese‘ sein. Zu jedem Zeitpunkt muss
die erzeugte Leistung gleich der verbrauchten Leistung sein. Es gibt
so gut wie keine Möglichkeit, Strom in dieser Größenordnung zu speichern.
Das heißt, in dem Moment, wo ich hier einen Fernseher anmache muss
an einer anderen Stelle mehr Strom erzeugt werden.
Ansonsten würde das Ganze nicht funktionieren. Und die Netzfrequenz,
also diese 50 Hz, die sind quasi der Indikator für Leistungsungleichgewichte.
Kann man sich vorstellen wie diese Waage. Wenn Last und Erzeugung
im Gleichgewicht sind, dann zeigt diese Waage auf 50Hz oben.
Wenn ich jetzt irgendwie zuviel Last in Relation von meiner Erzeugung hab,
dann sinkt meine Netzfrequenz. Umgekehrt, wenn ich zu viel Erzeugung habe
für meine Last, dann steigt die Netzfrequenz. D. h. das ist quasi
der Indikator, mit dem man auch reguliert, wieviel Strom man jetzt braucht.
Man misst einfach die Netzfrequenz und kuckt halt, muss ich jetzt mehr
oder weniger Gas, Kohle, Atom, was auch immer, geben.
Als ich angefangen hab, mich mit dem Thema zu beschäftigen, gab es noch keine freien
Messdaten dazu. Es gibt natürlich viele Unternehmen, die sowas messen, es gibt
auch Dienstleister, die sowas messen, vor allen Dingen für den Stromhandel.
Aber in ‚frei‘ und ‚hochaufgelöst‘ gab es diese Daten schlichtweg nicht.
Ich hab’ dann einfach gesagt: „Okay, bastel ich mir selber“. Ist ein
Mikrocontroller, ist im Moment ein Raspberry Pi, hat Optimierungspotential.
Aber es gibt jetzt mehr als 1 1/2 Jahre an aufgezeichneten Daten
von verschiedenen Messgeräten.
Ich hatte bei der MRMCD dazu mal einen Talk gehalten, wie das Projekt
im Hintergrund funktioniert, in diesem Talk nutze ich jetzt nur die Daten.
So, das soll’s auch schon gewesen sein als Crashkurs in Sachen Stromnetz.
Zurück zum Blackout. Das Szenario, was man immer wieder in der Presse hört:
Der Hacker greift ein Atomkraftwerk an.
Ist das besonders? Ist das jetzt ein Problem? Oder wie verhält sich denn unser Stromnetz?
Naja, kann man beobachten. Das ist das Kernkraftwerk Gundremmingen.
Da gab es am 25.3. – muss ich mal kucken – diesen Jahres
gab es eine Schnellabschaltung im Block C.
Gundremmingen besteht aus 3 Reaktorblöcken. Der erste ist nicht mehr in Betrieb,
der zweite wurde zum Ausfallzeitpunkt gerade gewartet, war also
nicht am Netz. Und der dritte war am Netz. Dann kam es allerdings
durch die Wartungsarbeiten zu einem Ausfall der Druckluftversorgung,
wie auch immer das passiert ist,
und es kam zu einer Schnellabschaltung. Das heißt, so schnell wie möglich
wurde dieses Kraftwerk halt vom Netz genommen.
Wie viel ist da vom Netz gegangen? Also, wie groß war jetzt der
Leistungsoutput von diesem Kraftwerk zu dem Zeitpunkt?
Beim Atomkraftwerk ist das so, dass man im Prinzip auf die verfügbare Kühlleistung
kuckt: „Kann ich entsprechend meine Überschusswärme loswerden?“
Das ist der begrenzende Faktor beim Output von einem Kernkraftwerk.
Ich hab dann mit Wetterdaten ein bisschen rumgesucht, irgendwann habe ich einfach im
Kraftwerk angerufen in der Presseabteilung. Die waren auch sehr freundlich und haben
mir gesagt: Okay, das Ding war im Prinzip unter Volllast, zum Ausfallzeitpunkt knapp
1,3 Gigawatt. Ja und das ist der Frequenzverlauf dazu.
Ihr seht wieder auf der x-Achse die Zeit, auf der y-Achse seht ihr die Frequenz.
Man sieht so, am Anfang war das alles relativ gut bei 50 Hz ausgeregelt,
so wie das normal halt aussieht. Dann in einem relativ kurzen Zeitfenster,
das sind 19 Sekunden, gibt es einen radikalen Drop nach unten
von der Frequenz, das macht etwa 50 Millihertz aus.
Und danach regelt das Netz direkt das wieder zurück.
Das heißt, der Ausfall von einem einzelnen Kraftwerk ist quasi fast Rauschen.
Es gibt Ereignisse, die weitaus größer sind, die ich in meinen Messdaten habe.
Das hier ist kein großes Problem.
Jetzt kann man nochmal kucken, was wirken denn da für Kräfte?
Ich habe jetzt einfach diese Frequenzmessung genommen,
die nochmal ein bisschen geglättet und dann auf den geglätteten Daten,
die ihr oben seht – blaue Linie – nochmal die erste Ableitung gebildet,
also quasi die Leistungsänderung pro Zeiteinheit berechnet.
Und diese Leistungsgradienten, die waren schon ziemlich groß.
Das sind etwa 5 Gigawatt pro Minute, die man dann in der Spitze hatte.
Das sind natürlich sehr große mechanische Belastungen,
die dann auch auf so ein Kraftwerk wirken. Also der Betreiber von dem Kraftwerk
hat sich definitiv nicht gefreut, als da irgendein Praktikant die Druckluftleitung
geöffnet hat. Ist aber passiert, war auch kein Problem
fürs Stromnetz. Wie funktioniert denn jetzt diese Stabilisierung, wie hat’s denn
das Stromnetz geschafft, die Frequenz wieder zurückzuführen?
Naja.
Da gibt’s im Endeffekt 3 Effekte, die ich jetzt mal so kurz umreißen werde.
Ich gehe immer vom… in den folgenden Folien gehe ich immer vom UCTE-
Auslegungsfall aus, das ist quasi die Dimensionierungsrechnung die man
bei solchen Dingen verwendet. Man geht von einer relativ niedrigen Netzlast aus,
150 Gigawatt, und nimmt einen Doppelblockausfall an, also
minus drei Gigawatt als Event. Das heißt 1 Atomkraftwerk, vielleicht noch
ein bisschen mehr, fällt komplett aus, mit zwei Blöcken.
So, und jetzt gibt es 3 Effekte die kumulativ wirken.
Ihr müsst euch immer die Kurven addiert vorstellen.
Der Erste ist hier diese blaue Kurve, das ist das Ausspeichern von Rotationsenergie.
Die zweite Kurve, diese rote, ist quasi die Rotationsenergie plus
der Netzselbstregeleffekt, und das dritte ist dann die Primärregelung.
Das ist eigentlich erst eine aktive Komponente wo was geregelt wird.
Der Rest ist Physik. Und nun gehen wir jetzt langsam durch.
Zur Rotationsenergie: Das ist die Turbine, oder die ehemalige Turbine vom Block 2
in Phillipsburg. Das Ding wiegt 190 Tonnen
und dreht sich mit 25 Umdr./Sekunde. Da
hängt jetzt noch eine riesen Generatorwelle dran, der Generator ist jetzt auch kein
Leichtgewicht, und das ist jetzt nur ein Gerät in diesem Stromnetz. Das heißt da
ist einfach in der Drehbewegung wirklich viel Energie gespeichert.
Und das ist die sogenannte Momentanreserve, was die macht, das ist hier wieder diese
blaue Gerade, die bestimmt mir,
wie schnell die Frequenz abgebremst wird. Man muss sich vorstellen diese Turbinen
rotieren mit einem Vielfachen der Frequenz des Stromnetzes,
alle synchron, alle in Europa. Und wenn jetzt irgendwo was wegfällt,
dann werden alle sich bewegenden Massen gleichmäßig abgebremst.
Mehr oder minder gleichmäßig, es gibt da noch andere Effekte. Also im Endeffekt
diese Momentanreserve repräsentiert die Trägheit aller erzeuger-, aber auch
verbraucherseitigen, rotierenden Schwungmassen. Es gibt gewisse
frequenzabhängige Lasten, wie Pumpen, oder Verdichter, die tragen natürlich auch
dazu bei. Also überall, wo ich eine netzsynchron rotierende Maschine habe,
die trägt zu diesem Effekt bei. Da kann man wieder gucken,
jetzt alle drei Effekte zusammengerechnet, wie wirkt sich denn das aus, wenn ich
diese Rotationsenergie verändere? Die wird charakterisiert durch den etwas sperrigen
Begriff der ‚Netzanlaufzeit‘. Ist die Netzanlaufzeit relativ klein,
das ist die rote Kurve, kriege ich einen relativ scharfen initialen Frequenzdip.
Ist sie ein bisschen größer, bei 20 Sekunden, kriege ich
diesen schwarzen Verlauf. Das sind übrigens auch empirisch geschätzte Werte,
also so Pi-mal-Daumen in dieser Range bewegt sich das, in Europa.
Zweiter Effekt, also diese rote Kurve: der ‚Netzselbstregeleffekt‘.
Der sagt einfach: „Okay, ich habe 1,5% bis 2% Netzlastreduktion
pro Prozent Frequenzverlust“. Diese frequenzabhängigen Lasten ziehen einfach
weniger Leistung, je niedriger die Frequenz ist.
Stellt euch einfach einen Asynchronmotor vor, der da irgendwo dreht.
Wenn ich die Frequenz absenke, dann kriegt der halt weniger Energie,
und nimmt damit auch weniger Energie auf.
Es sei denn, sie sind durch so einen
Frequenzumformer angebunden, dann gilt das natürlich nicht. Aber alles was wirklich
netzsynchron läuft, trägt zu diesem Effekt bei.
Wieder der gleich Plot: ist die Netzkennzahl relativ gering, rote Linie,
ist mein initialer Dip größer. Ist sie relativ hoch, fällt der initiale Dip
nicht so groß aus.
Und jetzt kommen wir zur ersten aktiven Komponente. Das waren jetzt einfach nur
physikalische Effekte, die halt im europäischen Stromnetz so drin sind.
Jetzt sind wir quasi im Regelsystem eines Großkraftwerks.
Stellt euch z.B. ein Atomkraftwerk vor.
Und da gibt es einen Mechanismus namens ‚Primärregelung‘, dessen Aufgabe es
jetzt ist, quasi den Frequenzeinbruch, weil da irgendwas passiert ist,
wirklich zu begrenzen und wieder ein bisschen zu stabilisieren.
Ein Schaltbild, Übersichtsbild aus einem Paper
was ich sehr empfehlen kann, von Elgard (?). Wer da mehr wissen will über diese ganzen
Effekte, das wäre eure Quelle. Was im Endeffekt gemacht wird, ist, ich habe
unten bei der „1“ einen Frequenzsensor und kucke „Was ist denn die aktuelle
Netzfrequenz?“, melde das an ein Regelsystem
da oben bei der „2“, wo dann im Prinzip die Rotationsgeschwindigkeit
meiner Generatorwelle verglichen wird mit der Frequenz, und gekuckt wird:
„Wie passt denn das alles zusammen? Was wäre eigentlich mein ‚Setpoint‘?
Was ist mein gegenwärtiger Frequenzwert?“ Und da wird im Endeffekt einfach
ein Ventil auf oder zu gemacht, das heißt es wird mehr oder weniger Dampf
auf meinen Generator gegeben. Und so gleicht man das aus,
über hydraulische Effekte, über pneumatische Effekte, und natürlich auch
die Trägheit dieser rotierenden Turbine
hat man eine gewisse Anlaufzeit, die es einfach braucht. D.h. so ca.
30 Sek. Verzögerung hat man einfach in diesem System, bis
die Primärregelung wirklich losläuft.
Von der Regelstrategie her ist das ein simpler Proportionalregler.
Das ist jetzt aus einem Dokument was die europäischen Netzbetreiber
der EU-Komission vorgelegt haben, wie dieser Mechanismus
strukturiert werden soll. Im Prinzip,
wenn man eine positive Frequenzabweichung hat wird die Leistung entsprechend reduziert.
Wenn man eine negative Frequenzabweichung hat, wird die Leistung entsprechend gesteigert.
Relativ simpel. Und die Steigung dieser Gerade wird dann – ich sage mal –
pro Kraftwerk über die Netzbetreiber einfach festgelegt.
D.h. jedes Kraftwerk, was an dieser Regelung teilnimmt, kriegt so eine Gerade
und regelt dementsprechend.
Okay, zurück nochmal zu Gundremmingen.
Ich habe ein Modell geschrieben, was ich euch im Prinzip jetzt gezeigt habe,
was diese ganzen Plots macht. Was das Regelverhalten
des europäischen Stromnetzes ein bisschen charakterisiert.
Es gibt noch eine Größe die uns fehlt, um das Modell wirklich sinnvoll laufen lassen
zu können. Und das ist die Netzlast. Wie viel Strom wurde denn in der Zeit
überhaupt in der EU oder in dem europäischen Verbundnetz benötigt?
Sieht man einmal auf der x-Achse, Uhrzeit, also Tageszeit aufgetragen, alles in UTC.
Auf der y-Achse die Netzlast in Megawatt.
Diese Kurve verschiebt sich natürlich im Jahresverlauf. Man braucht im Winter
Heizung, man braucht mehr Licht. Im Sommer ist das ein bisschen anders.
Und auch über die Tageszeit verändert sich diese Kurve.
Wenn man mal so grob, grob kuckt, Näherung 25. März
7:35 Uhr, als dieser Ausfall war, würde ich sagen 405 GW
an benötigter elektrischer Energie.
Das ist jetzt im Prinzip meine Messdaten über dem Modell.
Die grüne Linie ist die gemessene Netzfrequenz,
die anderen Linien kennt ihr schon. Und wenn ihr jetzt einfach mal oben
auf die schwarze Linie kuckt, diese Hockey-Form,
das ist relativ gut auf einem Niveau angekommen, wie auch der Ausfall
tatsächlich war. Also die 50 mHz die ich gemessen habe
kann ich mit diesem Modell im Prinzip schon vorhersagen.
Was ich nicht vorhersagen kann ist die konkrete Form des Frequenzverlaufs.
Das kommt einfach daher, dass natürlich parallel in Europa noch ein bisschen
mehr passiert als nur dieses eine Event. D.h. es ist quasi unmöglich,
genau diese Kurve auszurechnen.
Aber so Pi-mal-Daumen passt das schon ganz gut,
das Modell ist noch nicht hinreichend kalibriert.
Ich bräuchte einfach mehr Kernkraftwerk-Schnellabschaltungen,
um das zu machen. *lacht*
*Gelächter*
*Applaus*
Aber Sinn und Zweck von der Arbeit ist es jetzt einfach mal, Messdaten zu sammeln,
mal zu kucken wann fallen denn Kernkraftwerke aus, kann ich das in den
Messdaten nachvollziehen. Und dann halt anhand von verschiedenen Fällen dieses
Modell weiter zu verfeinern. Um einfach ein Maß zu haben wie groß ist denn z.B.
die Netzanlaufzeit. Wie groß ist die momentane Reserve. Wie würde es sich
verhalten bei welcher Ausfallgröße.
So, Zwischenfazit: Was passiert
bei erzeugerseitigen Störungen?
Unabhängig davon, physikalische Effekte stabilisieren zunächst mal das Netz
in den ersten 10 Sekunden. Ohne die Physik würde das an der Stelle sowieso
nicht funktionieren, weil wir einfach keine Regelung haben die so schnell
reagieren könnte. Dann irgendwann wirkt die Primärregelung.
Wenn ich jetzt einen Blackout verursachen wollte, müsste ich also einen möglichst
schnellen, hinreichend großen Sprung in der Netzfrequenz verursachen,
damit es für die Primärregelung schon zu spät ist.
Gleiches gilt natürlich auch für Verbraucherausfälle. Also ich kann
das Ganze einfach umdrehen, kann sagen, okay, ich gehe in Privathaushalte oder
Industrieunternehmen, oder was auch immer, jeder der Strom verbraucht, wenn ich den
schlagartig vom Netz trenne, geht die Frequenz halt nach oben. Ist aber
im Prinzip genau der gleiche Zusammenhang.
Gut.
So. Nächster Punkt: was ist denn mit diesem Übertragungsnetz? Ist ja noch eine
weitere Komponente die im Prinzip angreifbar wäre.
So ein Übertragungsnetz kann natürlich ausfallen. Und das passiert auch. Z.B.
am 4.11.2006, etwa 22:10 Uhr, da wurde die Norwegian Pearl,
das ist dieses schöne Schiff, ausgeliefert von der Meyer Werft in Papenburg.
Die haben das Problem, dass sie nicht direkten Zugang zur Nordsee haben. Sondern
die müssen halt über die Ems ihre Schiffe da irgendwie in die Nordsee transportieren.
Komplizierend an der Stelle ist, das es da eine Höchstspannungsleitung gibt.
Das ist ein Bild von dieser Leitung. Damals gab es noch nicht diese roten
Aufständerungen, d.h. die Leitung war einfach niedriger, und da das ein relativ
großes Schiff ist, war da einfach nicht mehr genügend Luft, so, dass diese Meyer-Werft
bei E.ON angerufen hat, gesagt hat: „Hier, können wir die mal irgendwie für eine Stunde
offline nehmen, weil ich würde da gerne mein Schiff ausliefern.“ E.ON hat das dann
auch gemacht. Man sieht da diese rote Kurve, das ist Pi mal Daumen der Verlauf
dieser Leitung. Da geht irgendwo die Ems in die Nordsee. Die haben sich verabredet,
okay, „schalten hier den Strom ab“, und E.ON hat dann
diese Leitung außer Betrieb genommen. Und dann gab es so einen kleinen Fuckup.
E.ON hat auf der Seite… Geplant war, dass die elektrische Leistung
über andere Höchstspannungsleitungen transportiert wird.
Auf der Seite von E.ON, auf einer Leitung, hatte man angenommen, dass der Auslösewert
von einem Leitungsschutzschalter bei 3000 A liegt. Auf der Gegenstelle, was
dann im Netzgebiet von RWE war, war der gleiche Leitungsschutzschalter, allerdings
mit 2100 A spezifiziert. D.h. E.ON hat eine Netzberechnung gemacht, hat gesagt:
„Naja, ich bin jetzt hier bei 2500. Bei 3000 liegt der…“ – also erfundene Werte,
„ich bin bei 2500“ oder was auch immer – „…das passt in meinen Auslösewert hinein,
also machen wir das einfach. Das ist safe.“ Hat natürlich dazu geführt, dass diese
Leitung offline ging. Und weil die Situation im Stromnetz gerade relativ viel
Transportkapazität erfordert hat, gab es dann eine leichte Kettenreaktion.
Jede dieser Zahlen da auf der Karte steht für den Ausfall einer Höchstspannungsleitung.
Das ging also im Prinzip einmal quer durch die Republik, wo die Leitungen halt
ausgefallen sind. Die Konsequenz war, dass das europäische Verbundnetz in
3 unabhängige Teilnetze zerfallen ist, die auch unterschiedliche Frequenzen hatten.
Also ihr seht hier Bereiche wie Spanien, Frankreich die eine Unterfrequenz hatten.
Hamburg hatte eine Überfrequenz. Und da in Richtung Osten, Area 3,
hatte dann wieder eine Unterfrequenz. So, eher ungut.
Man sieht auch hier in dem Graph die 3 Netzfrequenzen noch einmal separat
aufgeplottet.
War jetzt nicht so gut. Man hat dann versucht das Ganze zu reparieren.
Der Ausfall war etwa so um 22:10 Uhr. Man hat dann
um – was ist das hier – 22:34 Uhr, also 25 Minuten später,
den ersten Versuch gemacht zwei Teilnetze wieder zusammenzuführen und
zusammenzuschalten. Hat nicht so gut funktioniert. Man hat dann insgesamt
9 Versuche gebraucht um wirklich wieder die Netze physikalisch miteinander
zu verbinden. Hat dabei sehr viele – ich sage mal – Effekte entdeckt
von Frequenzoszillationen. Frequenz ist hochgegangen. Dann haben die
Windkraftwerke im deutschen Norden gesagt: „Oh, ich schalte mal besser ab“, dann ist
die Frequenz wieder runtergegangen. *Gelächter*
Dann haben die Windkraftanlagen gesagt: „Oh, die Frequenz ist cool, ich schalte
wieder ein“, dann ist sie wieder hoch! Also das ist halt kein triviales System.
Es ist eine verdammt komplexe Geschichte, da sind verdammt viele Gesetze im Spiel,
Vorschriften im Spiel, und wir reden über etwas europäisches. Also in Italien hat
man ganz andere Schaltschwellen als in Deutschland. Um das noch mal so ein
bisschen zu abstrahieren und, ja, vielleicht einfacher greifbar zu machen,
habe ich mir folgendes Szenario überlegt: Das ist im Endeffekt ein kleines
Python-Skript, was dieses IEEE-24 reliability test system simuliert, also
wirklich die Leistungsflüsse in einem Ausschnitt des amerikanischen
Höchstspannungsnetzes – ich weiß nicht wie das dort heißt…
Ihr müsst euch im Prinzip hinter jedem dieser grünen Kreise ein komplettes
Netzsegment vorstellen. Und halt sagen, okay, da hängt jetzt eine Menge
hintendran. Da hängt halt irgendwie ein Bundesland hintendran oder sowas.
Und auch im normalen Betrieb kommt es vor, dass z.B. wie da unten die Leitung
zwischen (6) und (10) einfach eine Leitung über Kapazität betrieben wird.
Das ist normaler business. Ich sage mal das ist jetzt eher so eine ‚leichte‘
Überlastung, das kann halt auch mehr sein.
So und jetzt mache ich einfach mal da die Leitung aus, zwischen (14) und (16).
(14) wird weiter versorgt. Das ist die (N-1)-Sicherheit: „Ist irgendwas
passiert, aber das Ding läuft weiter“. So, wie man erwartet,
wenn ich die Leitung zwischen (11) und (14) jetzt kappe, hat (14) keinen Strom mehr.
Aber es gibt auch Effekte darüber hinaus. Die Leitung zwischen (11) und (13)
transportiert jetzt auf einmal keine Energie mehr. Was da jetzt genau
dahintersteht, wo welches Kraftwerk ist, wie man das vorher gespeist hat und so,
das ist halt jetzt hier nicht ersichtlich. Aber es gibt da nicht-intuitive
Zusammenhänge. Und jetzt mache ich einfach mal zwischen (3) und (9) die Leitung aus.
Und jetzt passiert eine ganze Menge. Jetzt habe ich hier z.B. zwischen (8) und (7)
einen Ausfall. Der ist an einer ganz anderen Stelle. Ich habe zwischen
(16) und (19) eine Leitung die jetzt so langsam sich erwärmt.
*Gelächter*
Und zwischen (1) und (3) habe ich jetzt eine Leitung die mit 250%
ihrer Spezifikation betrieben wird. Insofern gehe ich davon aus,
okay, die wird auch ausfallen. Und jetzt habe ich den Fall – es ist wie gesagt
nur ein Beispiel um das ein bisschen greifbar zu machen – und jetzt habe ich
den Fall, dass (1) im Prinzip zwei verfügbare funktionierende Leitungen hat, aber
trotzdem nicht versorgt werden kann. Einfach basierend auf physikalischen
Effekten die jetzt darunterliegen.
Fazit: Stromnetze sind eine extrem komplexe Geschichte.
Im Prinzip wird jede Schalthandlung die ein Übertragungsnetzbetreiber so macht
über genau solche Modellrechnungen nochmal geprüft.
Also: „wenn ich jetzt hier diese Leitung ausmache, was sind denn die Konsequenzen
für mein Netz?“ Meistens geht das auch gut. Wird ja
nicht immer so ein Kreuzfahrtschiff ausgeliefert. Aber inhärent neigen
diese Netze halt zu Kaskadeneffekten. Wenn irgendwo was überlastet ist, und
irgendwas drumherum noch passiert dann kann halt mehr passieren.
Weiß man nicht so genau. Und das Verhalten von so einem Netz ist halt unintuitiv.
Also es ist nicht so einfach, dass man sagt: „Okay, ich habe jetzt hier meinen Netzplan,
ich mache hier ein X hin, und dann ist das verständlich“, sondern
das muss man schon wirklich simulieren.
Verschärft wird diese ganze Problematik jetzt durch den zunehmenden
Stromtransport. Wir haben den liberalisierten europäischen Energiemarkt.
Strom wird an der Börse gehandelt. D.h. ich kann als Österreicher
meinen Strom in einem französischen Kernkraftwerk kaufen, und mir den Strom
einfach herschicken lassen. Die Netze müssen die Leistung natürlich trotzdem
transportieren. Das ist jetzt von der Transparenzplattform, der NZuE,
dem Verband der europäischen Übertragungsnetzbetreiber. Einfach mal
ein willkürlicher Screenshot gemacht. Die Daten sind online, könnt ihr euch
ankucken. Das ist jetzt eine Situation, wo durch TransnetBW, durch das
Netzgebiet von TransnetBW aus Frankreich 1,7 GW
importiert wird, und weitergeleitet wird in die Schweiz und nach Österreich.
Also das ist ganz normaler Business. Unabhängig davon was jetzt
innerhalb von dem Netz von Transnet sonst noch passiert. Das sind jetzt nur
Summenbildungen. D.h. man hat Stromhandel, man hat die Notwendigkeit
diese Leistungen zu transportieren, und das belastet einfach die Netze zusätzlich.
Wenn man jetzt sich noch ein bisschen um den Stromhandel kümmert… Das ist ein event,
auch willkürlich aus meinen Datensätzen rausgegriffen, das ist keine Besonderheit.
Das ist eine Situation irgendwie aus dem September 2014, kurz nach Mitternacht,
sieht man dass die Frequenz relativ stark einbricht. Wenn man jetzt wirklich
Spitze-zu-Spitze mal kuckt, sind wir so etwa bei 160..170 mHz,
so etwa 3 Atomkraftwerke die da ausfallen. Das ist etwas was ganz normal ist.
Das ist einfach ein Handelsartefakt. Das hat keine physikalischen Ursachen, das hat
keine Ursachen dadrin, dass irgendwo irgendwas ausgefallen ist, sondern das ist
eine Konsequenz des Stromhandels. Ich habe dann wirklich viele von diesen events
so gefunden und habe mal eine durchschnittliche Netzfrequenz
über die Tageszeiten geplottet. Also über 1 1/2 Jahre alle meine Daten genommen,
da eine Durchschnitts-Netzfrequenz in Abhängigkeit von der Uhrzeit geplottet.
Und da kommt dieser Graph raus. Was ich erwarten würde ist, dass das mehr oder
minder 50 Hz ergibt. Was man aber sieht ist, dass die mittlere Netzfrequenz
– die schwarze Linie in der Mitte – deutliche Strukturen aufweist.
Und wenn man sich das ein bisschen genauer ankuckt
– hier nochmal reingezoomt – so findet man im Prinzip, dass jede Stunde
so ein Event passiert. Die sind abends… jetzt muss ich nochmal zurückgehen.
Die gehen abends eher nach unten, morgens gehen sie eher nach oben, mittags sind
die Events eher kleiner. Aber morgens und abends größer. Das sind einfach
normale Handelsstrukturen, die dadurch kommen, dass Strom in Stundenpaketen
gehandelt wird. Bzw. mittlerweile auch in Viertelstundenpaketen.
Und man sieht halt genau, wann jetzt einzelne Produkte an diesem Finanzmarkt
ablaufen, und wann jetzt das nächste Kraftwerk quasi diese Leistung übernimmt.
Das sind einfach Übergänge zwischen verschiedenen Lieferbeziehungen.
So, das ist jetzt mein Kochrezept für einen Blackout: Ihr braucht einen
Leistungssprung. Und dieser Leistungssprung muss schneller sein als
die Frequenzregelung. Ich muss verhindern dass die Primärregelung da wirklich
eingreifen kann und die Frequenz stützen kann. Und ich muss mir eine Konstellation
suchen wo ich vielleicht auch noch schaffe, dass Ausfallkaskaden im Stromnetz selber
passieren. Letztlich ist es ja immer Ziel, dass ich das Gleichgewicht zwischen
Erzeugung und Verbrauch irgendwie störe. Konkret, wenn ich Böses vorhätte, was
würde ich tun? Ich würde mir einen Tag suchen, wo viel Wind da ist. Ganz einfach
deswegen, weil Windkraftanlagen nicht Teil der Primärregelung sind. D.h. wenn ich
mehr Wind im Netz habe, habe ich automatisch weniger rotierende Masse in
diesen Großkraftwerken, die aktiv dagegen wirken. Dann würde ich mir eine Situation
suchen, auf der Basis von Handelsdaten die man aber einsehen kann, wo ich weiß,
okay, da wird jetzt viel Strom in ein anderes Netz exportiert. Z.B. nach
Großbritannien. Die sind ein Teil von dem kontinental-europäischen Netz. Und ich
würde vielleicht einen Stundenwechsel mir gezielt auskucken wo es sowieso schon
irgendwie Unruhe in diesem System gibt. Und dann brauche ich nur noch meinen
gezielten, schnellen Lastsprung. Und das ist im Endeffekt
mein Angriffsplan.
Kurz vor Weihnachten war ich dankbar für diese heise-Meldung: „Hacker haben Teile
des US-Stromnetzes infiltriert“. Natürlich. Ob das jetzt Hacker sind, ob
das Regierungen sind, ob das irgendwelche nicht-transparenten Organisationen sind –
wer auch immer das ist, aber es ist ein Software-System, und es wird irgendwie
angegriffen werden. Hinzu kommt, dass die Software-Systeme, die man im Netzbetrieb
einsetzt, ja, das ist halt eine Monokultur. Von den 800 Netzbetreibern
in Deutschland setzen 300 das System ‚IDS HIGH-LEIT‘ ein.
*lacht* *ein wenig Gelächter*
Insofern, wenn ich einmal in diesem HIGH-LEIT Produkt eine Schwachstelle
gefunden habe, weiß ich auch wie ich in die restlichen 299 reinkomme.
Es ist halt eine Monokultur. Smartmeter – ist natürlich
eine Angriffsfläche. In Deutschland sagt man immer: „Ah, Smartmeter, da schalte ich
den Haushalt ab“. Nein, mit den deutschen Smartmetern wird man Haushalte
nicht wirklich abschalten können. Man kann nur gewisse Geräte in Haushalten abschalten.
Ist auch gar nicht relevant, weil vermutlich ist es einfacher, in anderen europäischen
Ländern nach nicht so gut geschützten Smartmeter-Infrastrukturen zu suchen,
und nicht die Smartmeter anzugreifen, sondern die Steuerzentrale der Smartmeter.
Das ist jetzt einfach mal eine Karte. Alles was grün ist, sind
Smartmeter-Infrastrukturen, die es erlauben den Haushalt komplett vom
Stromnetz zu trennen aus der Ferne.
*Applaus*
Also potenziell – ohne jetzt die Systeme im Detail so mir angekuckt zu haben,
bzw. nicht herunter auf diese Ebene – ist es ein Computer-System. Prinzipiell
gibt es da so die Möglichkeit Tarife umzuschalten. D.h. es gibt
Kommunikationsmöglichkeiten, vielleicht kann ich auch Zeitpunkte, Schaltzeitpunkte
vorgeben. Und so eine Infrastruktur ist potentiell auch skriptbar.
D.h. ich könnte mir überlegen: „der Zeitpunkt ist gut, da bitte einfach mal
halb Frankreich vom Netz nehmen“. Geht aber viel einfacher.
*Gelächter* Es geht mir um einen wirklich
kurzzeitigen Leistungssprung. Ich kann ja einfach einen Teil des Netzes
manipulieren, ja? Ich habe Stromleitungen die halt einfach diese Leistung
transportieren. Die sind irgendwo im Wald. Dann suche ich mir [eine]
entsprechende Stelle aus und zerstöre einfach mechanisch dort Infrastruktur.
Wenn ich es gut mache, zerstöre ich natürlich genau die Infrastruktur die am
meisten kritisch ist. Das ist dann eine Hausaufgabe, die ich nicht erledigen
möchte. Es gibt auch militärische Waffen dafür, z.B. Graphitbomben.
Das sind einfach Bomben, die Graphitstaub, oder Kohlestaubfasern freisetzen, die über
Umspannwerke oder Kraftwerke abgefeuert werden, dort explodieren, halt einen Staub
verursachen, und einfach einen Kurzschluss machen. Wurde im 2. Golfkrieg eingesetzt.
Wurde im Kosovo-Krieg eingesetzt. Ist also eigentlich gut abgehangene Technologie,
die verfügbar ist.
Ja, was ist meine Kritik? Naja. Am Anfang habe ich gesagt:
Auslegungskriterium ist eben dieses (N-1)-Kriterium. Ein Betriebsmittel fällt
aus, der Rest muss weiterfunktionieren. Jetzt kommt es aber immer drauf an,
was passiert drumherum? Was macht das Stromsystem gerade? Und wo sind wirklich
die Schwachpunkte? Und diese systemischen Schwächen werden halt bei diesem Kalkül
überhaupt nicht mit einbezogen. Wir haben den Stromhandel, wir haben eine relativ
hohe Netzauslastung – all das macht schon an sich Lastsprünge. Und ich kann
es vorherberechnen. Die Kaskadeneffekte sind in der Literatur relativ wenig
betrachtet bislang. Also auch in den Netzrechnungen ist mir nicht bekannt,
dass Kaskadeneffekte gezielt als Parameterstudie z.B. untersucht werden.
Und es gibt weitere Effekte, für die ich allerdings noch nicht die passenden
Messdaten habe. Z.B. Frequenzpendelung: im Prinzip, die Frequenz schwingt in Europa
von einem Ende, also von Portugal nach – keine Ahnung, wo ist das, Türkei,
wahrscheinlich der letzte Punkt – gibt es so eine Pendelbewegung der Netzfrequenz.
Ob das wirklich stabil ist weiß ich nicht. Da gibt es mittlerweile
bei den Übertragungsnetzbetreibern Aufzeichnungen. Ich habe einfach noch
nicht genügend außerdeutsche Messstandorte. Also wenn ihr so eine
Patenschaft für so ein Messgerät übernehmen möchtet, meldet euch bei mir.
Ich bin euch da sehr dankbar für.
Was tun? Ja, mehr Dezentralisierung wagen.
Es gibt eine VDE-Studie: der zellulare Ansatz, der eigentlich eher vom…
also die Studie kommt eher aus der Perspektive von „Wie integrieren wir
Erneuerbare Energien in unser Energieversorgungssystem? Nicht nur
im Hinblick auf Strom, sondern auch Wärme usw.“. Aber da wird im Endeffekt
vorgeschlagen, dass man halt relativ autonome, dezentrale Zellen hat die
Leistung miteinander austauschen können, die aber für sich selber zunächst mal
autonom funktionieren. D.h. man hat nicht ein Riesensystem über ganz Europa, sondern
eher kleinere Strukturen. Was braucht man auch? Man braucht Netzstabilisierung auch
auf der Niederspannungsebene. Stromnetz wurde nie so gebaut, man hat immer gesagt:
„Okay, Höchstspannungsebene erzeugen wir den Strom, schicken ihn nach unten,
dort wird er verbraucht.“ Mittlerweile erzeugen wir halt auch Strom unten und
schicken ihn nach oben. Und verbieten diesen neuen Anlagen an der Stabilisierung
des Netzes mit teilzunehmen. Also Primärregelung gibt es nicht in einem
Photovoltaik-Wechselrichter. Das ist an der Stelle ein komplett passives Ding. Da
muss sich was tun, aber da gibt es mittlerweile halt auch Bestrebungen
an der Stelle aktiv zu werden und neue Vorschriften umzusetzen.
Ich hätte gern autonome Zellen im Hinblick auf das Stromnetz. Ich hätte gern, dass
sich eine Stadt wie z.B. Kaiserslautern mit ihrem Umland relativ
autonom versorgen kann. Sie muss das nicht die ganze Zeit tun. Vielleicht passt es
auch mal, dass man mit der Nachbarzelle was austauscht. Aber wenn das Wetter
gerade gut ist, und das alles zusammenpasst, dann kann das Ding
eigentlich autonom funktionieren. So, das ist auch schon
das Ende. Ich möchte mich nochmal ganz herzlich bei denjenigen bedanken,
die mir im Vorfeld E-Mails geschickt haben. Ich habe von verschiedenen Seiten
gehört, dass meine Gedanken prinzipiell schon nicht ganz falsch sein können.
Es gibt anscheinend sehr viele Leute die sich mit diesem Thema beschäftigen.
Und das finde ich ganz klasse. Wenn ihr euch die Daten ankucken wollt, wenn ihr
mehr über das Projekt erfahren wollt – Netsinus – ja.
Und dann bedanke ich mich für eure Aufmerksamkeit.
*Applaus*
Herald: Ja danke, Mathias. Ihr dürft Mathias jetzt Sachen fragen.
Wer Mathias keine Sachen fragen will sondern rausgehen will, möge das bitte
leise tun, und dabei möglichst wenig Mate-Flaschen umtreten.
*eine Flasche fällt klirrend* *Gelächter*
Danke! *Mathias lacht meckernd*
Danke, das war die achte während dieses Vortrages. Acht!
Das sind nur acht krumme der (?) Leute hier drin.
Someone: I’m just the microphone angel…
Herald: Ja, da, bitte! Ihr seid soweit?
Frage: Ja! Mathias: Schieß’ los!
Frage: Also vielen Dank für den Vortrag! Mathias: Gerne!
Frage: Ich habe eine Frage zu den *Flaschenklimpern erzeugt Gelächter*
autonomen kleineren Netzen. Wenn man jetzt Strom einkaufen will, dann muss man ja
letztlich irgendwie eine Frequenzanpassung machen. D.h. da braucht man
vermutlich große Wechselrichter. Ist das richtig?
Mathias: Naja, die Wechselrichter hast du bei den erneuerbaren Anlagen ja sowieso.
Also Windkraft usw. geht nur über Wechselrichter.
Ich weiß jetzt nicht wohin deine Frage geht. Magst du es noch mal spezi…
Frage: Also letztlich ist natürlich die Frage, wie
machbar das bereits ist und ob ich es richtig verstanden habe, auch so nebenbei.
Mathias: Also machbar… wir sind jetzt dabei, unser Energieversorgungssystem
sowieso umzukrempeln, über die Energiewende. Technisch halte ich es für
machbar. Ich denke auch, dass man sowieso viel im Moment tut um Photovoltaik-Anlagen
zu integrieren. So hoch wird der Zusatzaufwand jetzt auch nicht sein.
Was ich als größten Stolperstein da empfinde, ist, dass
natürlich diejenigen, die im Moment ein fertiges Stromnetz in ihrem Besitz haben,
nicht wollen, dass sich das verändert. Und da sind einfach sehr große
Lobbys am Werk, die da in die entgegengesetzte Richtung agieren.
Frage: Danke! Mathias: Danke!
Herald: Okay, es wäre wirklich respektvoll gegenüber denen die es interessiert,
wenn ihr leise rausgeht und draußen anfangt zu erzählen. Danke schön.
Einmal aus dem Internet!
Signal Angel: Das Internet würde gerne wissen ob es mit verteilten und
synchronisierten Messungen möglich ist, von der Netzfrequenz, rauszufinden,
wo oder welches Kraftwerk ausgefallen ist, weil, naja,
Lichtgeschwindigkeit ist nicht beliebig groß, ne?
Mathias: Coole Frage, vor allen Dingen hat man ja in Umspannwerken nochmal irgendwie
Transformatoren die auch Effekte auf die Laufzeit haben. Also, fände ich einen
sehr coolen Gedanken. Vermutlich bräuchte man allerdings eine sehr detaillierte
Karte über Leitungslängen, wo welches Umspannwerk ist, wie Leitungen gerade
betrieben werden. Die Daten sind aber frei verfügbar. Also wenn jemand weiß wie,
dann: go! Tut es! Schickt mir eine Mail! Finde ich klasse!
Herald: Hier bitte!
Frage: Wie wäre es denn wenn man sagt man greift die Stahlindustrie, ihre
Induktionsschmelzanlagen, an und macht da mal einen Verbraucherabsturz.
Dass man auf einen Schlag viel weniger verbraucht.
Mathias: Ja, verhält sich ganz genauso, ist ein Lastabwurf. Ob ich jetzt einen
Erzeugungsverlust habe oder einen Verbrauchsverlust, die Kurve geht halt
stark nach unten, nach oben. Ansonsten alles gleich. Was nicht gleich ist, ist
dass es natürlich z.B. diese 50,2Hz-Problematik gibt, wo
Windkraftanlagen halt abschalten. Das ändert sich. Ich bin im Moment mir nicht
ganz sicher ob es schon umgesetzt ist oder ob es noch kommt. Aber diese harte
Schaltschwelle versucht man jetzt quasi aus der Infrastruktur rauszunehmen.
Frage: D.h. einfach abschalten wenn der Verbrauch runtergeht, geht nicht?
Mathias: Also bei Windkraftanlagen wird es dann z.B. so sein dass sie ihre Leistung
einfach reduzieren. Bei Photovoltaik-Anlagen die du jetzt kaufst
ist es schon so. D.h. man hat nicht mehr diese harte Schaltschwelle sondern man
sagt halt: „Okay, es gibt eine graduelle Reduktion der Einspeisung“.
Herald: Okay, einmal links außen!
Frage: Ungefähr wieviel Pi-mal-Daumen in Prozent Abweichung bräuchte man denn damit
es tatsächlich zu einem Komplettausfall des Stromnetzes kommt? Und wenn das
passieren würde, wie lang dauert das dann um das Netz eigentlich wieder hochzufahren?
Mathias: Ich muss mal kurz… Ich weiß nicht ob ich die hier habe…
*vereinzelt Gelächter*
Ja! Das ist jetzt einfach mal die Frequenzen aufgeplottet, bei denen
irgendwas im Stromnetz passiert. Ist jetzt ein Haufen Text. Im Endeffekt, wenn ich
irgendwo unter – was ist das hier – 49,5
oder über 50,5 Hz komme,
passieren Dinge. Da werden entweder Netzsegmente abgeschmissen, also
gezielt ein Blackout herbeigeführt um die Frequenz wieder zu stabilisieren, oder
es werden Kraftwerke runtergefahren. Also diese Frequenzschranke gibt es schon.
Frage: Aber das heißt sozusagen das System wird sich auch davor schützen, dass
Komplett-Europa einen Stromausfall kriegt, indem dann sozusagen segmentweise
man sagt, man haut Hamburg mal aus dem Stromnetz raus?
Mathias: Gut, Hamburg wird jetzt da nicht weiter als… also wäre eher Rauschen,
vermute ich mal. Dann eher… man geht z.B. in Stahlschmelzen und klaut denen
einfach mal für 10 Minuten den Strom. Also da gibt es spezielle Lieferbeziehungen,
die das dann halt zulassen, dass man denen mal kurzfristig den Strom abdrehen kann.
Deswegen… man muss den Lastsprung wirklich schnell machen, damit all diese
Mechanismen halt keine Zeit haben, ihre Wirkung zu entfalten.
Frage: Aber selbst wenn man dann… Herald: Entschuldigung!
Frage: Danke. Wenn man so einen großen Lastabwurf hat, was wird dann dagegen
getan, wenn man diese Überfrequenz hat? Wenn man was abschaltet, dauert das ja
wahrscheinlich eine ganze Weile bis diese Trägheit weg ist. Also gibt es da einen
riesigen Verbraucher, wird irgendeine riesige Lampe angemacht? Oder…
*Gelächter*
Mathias: Also ich kenne Stadtwerke, die einen Wasserkocher in der Größenordnung
1MW bauen, um damit am Stromhandel teilzunehmen. Strom ist gerade…
also „Ich kriege jetzt gerade Geld, wenn ich Strom abnehme, also schalte ich hier
meinen Wasserkocher ein.“ Ja. Aber im Endeffekt,
was man halt traditionell machen würde, ist, man würde die Kraftwerksleistung
von einem Kraftwerkspark halt einfach reduzieren. Das passiert auch direkt
in den Kraftwerken selber, in der Primärregelung. Ja, also,
im Endeffekt: die Frequenz regelt das.
Frage: Okay, danke. Herald: Hier jetzt bitte!
Frage: Zur 50,2Hz-Problematik: Das ist, soweit ich weiß, schon umgesetzt.
Ab einer gewissen Leistung mussten ja die Wechselrichter alle umgerüstet werden.
Einspeise-Management bei Windenergieanlagen wird auch gerade
umgesetzt. Da gibt es ja dann auch die schön linearen Kurven. Und Regelleistung
bei Windenergieanlagen habe ich jetzt vor ein paar Wochen auf der Seite von Amprion
gelesen, wird auch umgesetzt. Das kommt alles demnächst.
Herald: Das war die Frage? Okay, das war die Frage?
Frage: Ja, war nur so eine kleine Ergänzung.
Mathias: Danke. Herald: Bitte, hier!
Frage: Ist bekannt, ob es möglich ist, auch an den Schaltwerten
die Phasen lustig zu permutieren?
Mathias: Was meinst du mit ‚Phasen permutieren‘?
Herald: Was meinst du mit ‚lustig‘? *Gelächter*
Frage: Naja, ich dachte daran ob es möglich wäre, mit den vorhandenen
Schaltern im Verbundnetz mal die Phasen falsch aufzuschalten.
Mathias: Ja, also ich will nicht ausschließen, dass man da mechanisch
– was weiß ich – einen Schraubenschlüssel an die richtige Stelle schmeißen kann,
der sich dann selbst verschweißt. *Gelächter*
Aber das wäre, wenn, ein relativ kleiner und lokaler Effekt. Also da würde ich
jetzt nicht davon ausgehen, dass man in der Größenordnung irgendwas bewirkt.
Herald: Einmal Internet, bitte!
Signal Angel: Ja, das Internet würde gerne wissen, ob du Daten zu den
sogenannten ‚Earth Hours‘ hast? Also dieser Dinge wo sich dann Leute sagen:
„Okay, zwischen heute 7 und 8 schalten wir alle das Licht aus“.
Mathias: Daten habe ich. Habt ihr auch, weil sind auf der Webseite verfügbar. Ich
habe sie mir nicht angekuckt. Ich habe mal gekuckt ob mein event detector, den ich
immer mal wieder drüberlaufen lasse, bei der Earth Hour irgendwas komisches, große
Frequenzsprünge oder so gesehen hat. Hatte keinen Impact, wo ich jetzt irgendwas zu
sagen könnte. Aber: nehmt die Daten, kuckt selber nach. Vertraut nicht mir!
Herald: Bitte!
Frage: In Österreich wird mit Benzin und Diesel im Jahr ungefähr 30% mehr Energie
umgesetzt als über das Stromnetz. Und wenn ich mir jetzt so vorstelle, dass man
versucht in den nächsten, einigen Jahren 20% oder mehr der Fahrzeuge von Verbrenner
auf Elektro umzustellen, frage ich mich was dann im Stromnetz passiert. Hast du
dazu irgendwelche Modelle oder Überlegungen? Oder auch was dann passiert
wenn z.B. so ein gesteuertes Fahrzeug in der Nacht plötzlich ferngesteuert
auf ‚Laden‘ oder auf ‚Entladen‘ geschaltet wird?
Mathias: Also es gibt sehr viele Leute die sich um genau das Thema Gedanken machen.
Ich bin da nicht ganz tief drin. Aber im Endeffekt, das Schöne an so einer
Batterie ist, dass sie in relativ kurzer Zeit sehr viel Leistung abgeben oder
aufnehmen kann. D.h. wenn es mir jetzt gelingen würde, Elektromobile,
Fahrzeuge im großen Maßstab zu manipulieren, könnte ich genau solche
Schwankungen natürlich auch verursachen. Also aus meiner Perspektive ist das jetzt
kein Unterschied, ob ich Smartmeter angreife oder Elektroautos.
Herald: Bitte hier rechts!
Frage: Ich hätte eine Frage zu deiner IFG-Anfrage
an die Bundesnetzagentur. Findet man den Schriftverkehr irgendwo,
und die Daten die du da bereits bekommen hast?
Mathias: Die Daten habe ich noch nicht hochgeladen, werden aber auf mein
Github-Ding, was auch auf der Webseite verlinkt ist, werde ich die hinstellen.
Der Schriftverkehr… ich würde mal sagen der ist noch nicht beendet. Ist aber auf
fragdenstaat.de dokumentiert. Ich verlinke das dann noch. Im Moment ist es,
glaube ich, noch nicht, aber kuck’ in 2..3 Tagen, und dann wird es dort sein.
Frage: Super, danke! Herald: Hier, bitte!
Frage: Du hast gesagt, „5 Tage bis zum Bürgerkrieg“. Wieviel Kerzen, Ravioli,
und Mate hast denn du so gebunkert? *Mathias lacht*
*Gelächter und Applaus*
Mathias: Gar nix! *lacht* Kerzen, Ravioli und sowas funktioniert natürlich auch…
also, das wäre nicht genug. Weil meine Heizung würde nicht funktionieren.
Wenn ich keinen Sprit mehr im Tank hätte, könnte ich nicht tanken. Ich könnte auch
nicht zum Geldautomaten gehen. Auf der Bankfiliale würde man mir auch nichts
mehr geben, weil, wenn der Computer nicht funktioniert, wie will man das dann
verbuchen? Also, ja, meine Katastrophenvorsorge ist mangelhaft.
Vielleicht, bei dem einen oder anderen hier auch! *lacht*
Herald: Einmal das Internet, solange es das noch gibt!
Signal Angel: Ja, ehm… *lacht* *Gelächter*
*Applaus*
Ja, das Internet würde gerne wissen wie gut sich diese
Netzspannungsschwankungen… wie gut die sich als Fingerprint eignen, und ob man
das anhand von diesem Brummen im Audio z.B. rausfinden könnte, wann war das denn?
Mathias: Okay, es gibt jetzt zwei verschiedene Dinge, die ich im Kopf habe.
Das eine wäre halt… okay, kann ich anhand von Audiobrummen feststellen
wann genau war das, indem ich das Netzbrummen im Hintergrund rausfiltere
und versuche zu matchen. Es erscheint mir prinzipiell möglich. Allerdings
braucht man dann halt relativ hochaufgelöste Messdaten. Das andere, was immer mal
wieder durch die Medien geistert ist, dass man anhand von dem Hell-Dunkel-Muster
bei Fernsehaufnahmen in der Leistungsaufnahme sagen kann,
wann genau dieses Ding angekuckt wurde, oder was da läuft.
Das habe ich mal versucht mir anzukucken, ich kann das so nicht nachvollziehen.
Herald: Hier, bitte!
Frage: Ich würde gerne wissen, wie die Synchronisierung der Generatoren
funktioniert, zwischen den verschiedenen Kraftwerken.
Mathias: Mhm-mhm! *Herald macht bedeutungsvolle Handzeichen*
*Mathias lacht* *zum Herald:* Sorry, du musst mich bremsen!
Herald: …ist ganz spannend!
Auf der linken Seite siehst du im Prinzip so ein kleines Schaltbild von einem…
von einem Stromnetz; und oben diese runden Dinger sind Generatoren.
Und im Endeffekt kannst du dir das vorstellen, dass die über diese Leitung L1
miteinander gekoppelt sind, in diesem Beispiel. Und ich habe da jetzt meinen
Netzsinus, der auf der Leitung schwingt. Und im Endeffekt synchronisieren sich
diese beiden Generatoren halt auf diesen Netzsinus. Wenn sie das nicht wären,
gäbe es halt mechanisch sehr große Kräfte, die rückwirken. Also ich habe
diese elektrische Kraft die im Generator in eine mechanische Kraft verwandelt wird.
Und wenn der eine sich jetzt schneller dreht wie der andere dann zieht der eine
den anderen. Deswegen hier auf der rechten Seite nochmal dieses Sinnbild
mit zwei Lokomotiven, die über eine Feder miteinander gekoppelt sind.
Im Endeffekt, so ähnlich kann man sich das vorstellen.
Frage: Gib e’s da einen separaten Takt noch dazu?
Mathias: Nein, nein. Frage: Okay.
Mathias: Es ist einfach nur die Netzfrequenz, sonst gibt es da nichts.
Herald: Das war kompakt! Bitte!
Frage: Also nochmal meine zweite Frage von vorhin: Angenommen
man hat aktuell ein nicht in Betrieb sich befindendes Stromnetz.
Wie lange braucht man um das wieder hochzufahren?
Mathias: Gute Frage. Für Europa weiß das, glaube ich, keiner. *Gelächter*
Also diese Schwarzstart-Szenarien – also man hat eine spezielle Sequenz
wie man versucht so ein Netz wieder aufzubauen. Das funktioniert meistens über
Pumpspeicherkraftwerke, die dann zunächst mal eine Frequenz vorgeben. Und dann
synchronisiert man halt so Stück für Stück seine Erzeugerlandschaft dazu.
Genau über dieses Prinzip. Ob das wirklich funktioniert, wie das
funktioniert, wie sich Elektroautos in dem Kontext verhalten: keine Ahnung.
Herald: Okay, wir müssen ein bisschen Gas geben. Dann kriegen wir noch ein paar
Fragen hin. Bitte rechts außen!
Frage: Als Analogie zu den Netztopologien; auf der einen Seite haben wir also
hierarchisch geroutete Netze, auf der anderen Seite ver-meshte Netze. Da hast du
auch gesagt, du setzt auf eine Dezentralisierung. In der Zukunft.
Jetzt vor dem Hintergrund, dass wir zunehmend meteorologische –
Herald: Bitte kurz fassen!
Frage: …dass wir meteorologische Extremereignisse haben, wie im Moment
sie sich zwischen Grönland und Island zusammenbrauen: Wird dieses Argument der
Dezentralisierung bei den Planern ernst genommen? Oder wehren die sich wie üblich?
Mathias: Also meine Erfahrung ist, dass die Elektrizitätswirtschaft sehr träge
auf Input von außen reagiert. Egal aus welcher Richtung und mit welcher
Begründung das kommt. Insofern kann ich jetzt nicht sagen „Ja genau aus dieser
Systematik, oder genau bei diesem Vorschlag sind sie besonders träge“.
Ich empfinde das als eher eine Bestandssicherung, und ein
Bewahren des Etablierten, als ein „Oh wir haben hier ein Problem,
wir versuchen jetzt dadrauf zu reagieren“.
Herald: Okay, hier bitte!
Frage: Also zu der Geschichte mit dem Handel. Das sind ja prinzipiell Sachen,
die von den Netzbetreibern ausgehen. Da könnte man theoretisch ja schon vorher
regeln, weil, ja, man weiß ja im Vorhinein dass da was kommt. Gibt es dazu
Systeme und wäre das finanziell machbar?
Mathias: Also es hat sich schon sehr viel getan mit diesen Handelseffekten.
Die waren vor ein paar Jahren wesentlich größer. Es gibt da eine Arbeit
von Professor Welfonder in Stuttgart, wenn ich es recht in Erinnerung habe.
Wird was getan. Aber – großes Missverständnis – die Netzbetreiber
sind nicht diejenigen die handeln. Die betreiben wirklich nur das Netz.
Derjenige der handelt ist einmal der Kraftwerksbetreiber mit dem…
mit deinem Stromanbieter. Und die machen das unter sich aus. D.h. derjenige der
das Netz betreibt hat da überhaupt keinen Einfluss. Darf er auch nicht nehmen.
3. Energie-Rahmenpaket der EU – da ist im Prinzip die komplette Segmentierung oder
Abgrenzung dieser Marktrollen vorgesehen. Also es gibt da keinen Austausch.
Herald: Okay, wir schaffen noch ganz schnell 2 Fragen, danach möchte ich euch
bitten, unserem großartigen Vortragenden hier irgendwo aufzulauern.
*Heiterkeit* Bitte!
Frage: Ja,… Mathias: Moment!
Frage: …kurze Frage, wenn jemand bei diesem Projekt mitmachen will,
wo findet man Infos, und was kostet das ungefähr?
Mathias: Sehr gerne! Geht auf die Webseite. Ich habe einen Reiter gemacht,
‚das Projekt‘. Da steht unten eine Liste wo ich Hilfe gebrauchen könnte.
Im Moment kostet das Messgerät, dadurch dass es ein Raspberry Pi ist und Gelumpe,
relativ viel. Ich glaube aber, dass man das wesentlich billiger machen könnte.
Das ist einfach… ja im Moment tut es und ich stecke es halt mal zusammen.
Ich könnte Leute gebrauchen die Datenanalyse machen, die wirklich Ahnung
von der ganzen elektrischen Materie haben. Da kann ich auch bestimmt noch
eine Menge lernen. Ich freue mich über Leute die Mess-Stationen betreiben.
Ich freue mich über Leute die Hard- und Software dafür tun.
Steht aber auf der Webseite. Liegt auch alles auf Github.
Herald: Jetzt, dein Recht der letzten Frage.
Frage: Daran anschließend, wenn man ein ausreichend dichtes Sensornetzwerk hat
könnte man ja die Leitungslänge, wie vorhin besprochen, ausmessen,
wie bei der Blitzortung?
Mathias: Ich habe keine Ahnung ob das elektrisch wirklich möglich ist,
im Detail. Aber ich finde den Gedanken extrem spannend. Den hatte ich auch
spontan, als das aufkam. Ja, lass es uns versuchen!
Herald: Ja… Mathias: Vielen Dank!
Herald: Ja, danke Mathias! *Applaus*
*Abspannmusik*
*Untertitel erstellt von c3subtitles.de im Jahr 2017. Mach‘ mit und hilf uns!*