Anatomie eines Blackouts

von Hans Hofmann-Reinecke

Vor zwei Wochen wurde Texas von winterlichen Unwettern heimgesucht, welche die Stromversorgung lahmlegten. Ein großer Teil des Staates war daraufhin ohne Elektrizität. Könnte so etwas auch bei uns passieren? Immerhin hat ja Deutschland viel gemeinsam mit Texas: viele Windmühlen. Ich schlage vor, wir schauen uns das mal an.

Der freundliche Nachbar

Ist es Ihnen schon passiert, dass Sie morgens ins Büro wollen und das Auto springt nicht an? Sie klingeln den freundlichen Nachbarn aus dem Bett, der stellt seinen Wagen mit laufendem Motor neben Ihren und mit Hilfe von „Jumper Cables“ verbinden Sie die Batterien.  Die gefährlich aussehende Krokodilklemme des  roten Kabels  klemmen Sie an den Pluspol ihrer Batterie, das rote Krokodil am anderen Ende geht an den Pluspol des Nachbarn. Mit Minus und Schwarz machen Sie das genauso. Sie können die Farben auch vertauschen, solange Sie darauf achten, dass Plus mit Plus und Minus mit Minus verbunden werden.

Falls Sie das aber nicht tun, dann haben Sie einen Kurzschluß, d.h. der Strom läuft nicht, wie vorgesehen, durch den Anlasser Ihres Autos, sondern nur durch die beiden Batterien, die jetzt „in Serie“ geschaltet sind. Das hat zwei Dinge zur Folge: Ihr Auto springt nicht an und das Kabel brennt blitzartig durch.

Die großen und die kleinen Netze

Nehmen wir an, Sie machen alles richtig, dann haben Sie bei der Gelegenheit, ohne es vielleicht zu wissen, ein elektrisches Netz aufgebaut. Die kleinen Kraftwerke sind des Nachbarn Lichtmaschine und Batterie, Verbraucher sind der Anlasser und die müde Batterie Ihres Autos.

Sie kennen natürlich noch ein größeres elektrisches Netz, nämlich das, welches den Strom in unsere Steckdosen liefert. Auch hier gibt es Verbraucher und Kraftwerke, die in das Netz einspeisen. Und auch die müssen darauf achten, dass sie Plus mit Plus und Minus mit Minus verbinden.

Während beim Auto das eine Kabel immer plus und das andere immer minus ist, kann man das beim Strom aus der Steckdose nicht sagen. Da ist mal die eine Leitung plus und mal die andere. Und das wechselt fünfzig mal in der Sekunde – es ist Wechselstrom.

Was soll das? Wer kann sich so etwas Abwegiges einfallen lassen? Es war der Amerikaner George Westinghouse, der erkannte, dass diese Form der Elektrizität sich leicht zwischen hohen und niedrigen Spannungen „transformieren“ lässt, und dass dies beim Transport über große Entfernung hilfreich ist.

Das macht jedoch die gleichzeitige Einspeisung aus mehreren Stromquellen kompliziert. Wie soll man all die Kohle-, Atom- und Windkraftwerke, die gemeinsam unser Netz versorgen, dazu bringen,  genau im richtigen Moment Plus oder Minus zu liefern? Und was passiert, wenn das nicht klappt?

Rudern geht nur im Gleichtakt

Stellen Sie sich ein Ruderboot vor, einen „Achter“. Da müssen alle genau im Takt rudern. Sie müssen sich präzise an die „Schlagzahl“ halten, sagen wir 40 pro Minute. Und nicht nur das, sie müssen die Riemen gleichzeitig ins Wasser tauchen, auf den Bruchteil einer Sekunde genau; sie müssen absolut „synchron“ arbeiten.

Ein Ruderer, der aus dem Takt fällt, wäre nicht nur nutzlos, er würde die ganze Crew durcheinander bringen, denn seine Riemen würden mit denen des Vorder- und Hintermanns kollidieren. Durch diesen Dominoeffekt würden alle Mann aus dem Takt fallen und das Schiff wäre ein verlorenes Stück Holz auf dem Wasser. Man muss also die Frequenz genau einhalten und auch die „Phase“.  Die Stellung der Riemen muss in jedem Moment bei den acht Mann identisch sein.

Jeder Mann muss das totale „Commitment“ für die Synchronisation mit an Bord bringen. Einer sagt vielleicht „heute fühl ich mich nicht so wohl, aber ich werde mein Bestes geben; vielleicht sind es dann statt 40 pro Minute nur 39, aber jeder Beitrag zählt schließlich“. So ein Kerl darf nicht an Bord. Und käme er an Bord, dann würde er beim ersten Fehlschlag ins Wasser geworfen, denn die übrigen Sieben kämen ohne ihn besser zurecht.

Wenn das Netz Fieber hat

Beim Stromnetz ist es nicht andern: Jedes Kraftwerk muss seinen Wechselstrom ganz präzise hinsichtlich Phase und „Schlagzahl“ einspeisen; und letztere ist nicht 40 pro Minute, sondern 50 pro Sekunde. Minimale und kurzzeitige Abweichungen davon kann es geben, aber im europäischen Netz gelingt es, die Frequenz in einer Bandbreite von 49,98 bis 50,03 Hz zu halten. Größere Abweichungen von 50 Hertz wären wie Fieber. Sie wären ein Indikator für den kritischen Gesundheitszustand des Netzes.

Einspeisung mit fehlerhafter Synchronisation würde zu einem monumentalen Kurzschluss führen. Es wäre wie das Vertauschen von plus und minus bei der Starthilfe für unser Auto, nur um einiges dramatischer. Nun kann es vorkommen, dass das eine oder andere Kraftwerk sich heute nicht so wohl fühlt und nicht mehr mit der Phase den Netzes mithalten kann. So ein Kandidat muss augenblicklich von Bord. Beim ersten Anzeichen wird er automatisch vom Netz getrennt.

Besondern anfällige Kandidaten sind natürlich Windkraftwerke. Da folgt die produzierte Leistung den Launen des Windes; sie wird nicht, wie bei herkömmlichen Kraftwerken, vom Betreiber geregelt. Wenn da die Synchronisation verloren geht, dann brennt nicht nur ein Kabel durch, dann kann die ganze Maschinerie blitzartig in Rauch und Flammen aufgehen, so wie hier.

Elektrisches Domino

Wenn einer der Stromlieferanten, sei es Wind oder konventionell, vom Netz geht dann müssen die verbleibenden Kraftwerke von nun an etwas mehr leisten. Da könnte es vorkommen, dass weitere Kandidaten schwächeln und die Synchronisation verlieren. Auch die gehen jetzt vom Netz. Man kann sich leicht vorstellen, dass in dieser Kaskade von Abschaltungen irgendwann nichts mehr geht. Dann haben wir den elektrischen Dominoeffekt, dann haben wir Blackout.

Der Betreiber eines Netzwerks weiß das natürlich auch und versucht dem vorzubauen. Wenn der Ausfall eines Kraftwerks zu erwarten ist – etwa wegen Wartung oder Mangel an Kohle – dann kann man Teile der Verbraucher zeitweise abschalten: erst das eine Stadtviertel, dann das nächste, reihum. In dieser Hinsicht habe ich vorerst noch mehr Erfahrung als Sie, denn seit Jahren kommt es immer wieder vor, dass hier in Südafrika der Strom für zwei Stunden auf Ansage abgeschaltet wird.

In Deutschland gibt es das auch, allerdings schaltet man industrielle Großverbraucher ab und nicht ganze Wohngebiete. Es soll ja nicht jeder mitbekommen, welche Segnungen uns die Energiewende beschert. Hier die Aufzeichnung einer interessanten kleinen Anfrage im Bundestag zu dem Thema.

Und apropos – das „Smart Grid“, mit dem man uns jetzt schon gesprächsweise vertraut macht, ist nicht anderes als kompliziertes Load Shedding.

Winter in Texas

Vom 10. bis 17. Februar wurde Texas von winterlichen Stürmen und tiefsten Temperaturen heimgesucht- am Flughafen Dallas Fort Worth wurden -19°C gemessen. Das Unwetter ließ die Stromversorgung im Staat zusammenbrechen; zeitweise waren ein Drittel der Haushalte – ca. 4,5 Millionen – ohne Elektrizität.

Es war aber anscheinend kein unkontrollierter, totaler Blackout, sondern es waren eine Serie von großflächigen, „rollierenden“ Lastabwürfen, deren Effekt für den Verbraucher einem Blackout sehr nahe kam. Im Netz und in den Kraftwerken allerdings wurde wesentlich weniger Schaden angerichtet als bei einem unkontrollierten Zusammenbruch entstanden wäre.

Niemand bestritt, dass das Wetter die Ursache für diesen katastrophalen Stromausfall war, der schätzungsweise 40 Menschenleben gekostet hat. Was aber war genau passiert? Welche technischen Elemente hatten versagt? Da gingen die Meinungen auseinander.

Wir sind heute ja gewohnt, dass jegliches natürliche Unheil umgehend von der Politik für die jeweils eigene Agenda instrumentalisiert wird. Das war hier nicht anders.

Texanischer Elektro-Poker

Die Grünen gaben die Schuld am Blackout den konventionellen Kraftwerken, deren Gas- und Ölleitungen samt Pumpen angeblich eingefroren waren. Ihre Gegner wiederum sahen die Ursache in den vereisten Windmühlen. Und die Klimajünger erklärten sofort, die Kältewelle sei eine Folge der Erderwärmung gewesen.

An dieser Stelle möchte ich ausnahmsweise die Windmühlen in Schutz nehmen. Der Vorwurf, sie hätten wegen Vereisung versagt und damit den Blackout verursacht ist irrelevant. Windmühlen brauchen kein arktisches  Unwetter um zu versagen, da genügt schon die alltägliche Windstille. Und das texanische Netz ist sicher so ausgelegt, dass es auf die 23% Windenergie notfalls verzichten kann.

Offensichtlich waren auch die konventionellen Elemente der Stromversorgung nicht für diese sibirische Kälte ausgelegt. Sollte sich also das Land bis hinunter zu den erwähnten -19°C winterfest machen? Und warum nicht -25°C? Oder sollte man vielleicht akzeptieren, dass man nicht alles unter Kontrolle hat auf dieser Erde?

Heute, 14 Tage nach dem Kälteeinbruch, hat es in Houston frühmorgens schon wieder angenehme 20°C. Es gibt also Hoffnung.

Kommen wir zurück zur Frage, ob so etwas auch in Deutschland passieren könnte. Meine Einschätzung: auf jeden Fall, und zwar auch ohne Schneesturm. Die Energiewende arbeitet zielstrebig darauf hin. Verbraucher werden bereits vorsichtig darauf hingewiesen – “genudgt” – sich für diesen Fall mit Kerzen und Gaskochern auszurüsten.

Und auch hier wird es dann Fragen nach dem “warum” geben. Und wenn Sie dann antworten, dass läge daran, dass so gigantische und zuverlässige Kraftwerke wie Krümmel oder Phillipsburg oder Brunsbüttel oder Moorburg abgeschaltet wurden, oder daß Schnee auf den Solardächern lag, oder dass der Wind nicht geblasen hat, dann wird man Sie in die rechte Ecke stellen.

Sie dürfen hier nur eine Antwort geben: “Das CO2 ist schuld”. Und weil das aus den Kraftwerken kommt, deswegen müssen jetzt noch die restlichen Kraftwerke vom Netz gehen, damit es keinen Blackout mehr gibt. Verstanden? So geht die neue Logik.

Dieser Artikel erschien zuerst im Blog des Autors Think-Again. Sein Bestseller „Grün und Dumm“ ist bei Amazon erhältlich.

 

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7 Kommentare

  1. Lieber Herr Hofmann-Reinecke, Sie meinen zwar das Richtige, aber Ihre Erklärungen eines Energienetz sind, Entschuldigung, einfach nur grausig. Erlauben Sie mir daher bitte ein paar fachliche Korrekturen: Die Starthilfe zwischen zwei PKW haben Sie ganz richtig erklärt. Aber eine Vertauschung der Polarität ist tatsächlich ein Kurzschluß, nicht weiter. Es ist keine Serienschaltung der Batterien! Eine Serienschaltung beschreibt etwas ganz anderes. Darauf will ich hier aber nicht eingehen (bei Fragen gerne mehr). Ihte Aussage: [Ein] elektrisches Netz, nämlich das, welches den Strom in unsere Steckdosen liefert…. Gibt es nicht! Hier hat sich der Irrglaube breitgemacht, dass Kraftwerke Strom erzeugen würden. Tun sie aber nicht. Kraftwerke erzeugen eine Spannung, in unseren Fall eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz. Und das hat nichts mit „Plus“ und „Minus“ zu tu, denn das beschreibt grundsächlich Gleichspannung. Dass an einer Steckdose mal der Eine, mal der Andere Kontakt „Plus“ hat ist Unsinn. An der Steckdose gibt es einen Neutralleiter (früher „Null“) und einen Aussenleiter (früher „Phase“) und daran ändert sich nichts (den Schutzkontakt lass ich mal aussen vor). Die Spannung am Aussenleiter ändert sich sinusförmig. Sie beginnt bei 0V, steigt auf 325 V und geht wieder auf 0V, geht dann auf -325 V, dann wieder auf 0V. Und das 50 mal pro Sekunde. Die Effektivspannung beträgt dabei 230V. Die Leistung ist immer positiv. Für die Einhaltung der Netzfrequenz bedeutet das aber, dass alle Kraftwerke im europäischen Verbund mit genau 3000 U/min völlig synchron laufen müssen. Herr Hofmann-Reinecke, Ihr Vergleich mit den Ruderern hinkt etwas. Wenn man die spinnerten, jeder physikalischen und ökonomischen Gesetzen widersprechenden Ideen sogenannter „Erneuebare Energien“ weg lässt, dann sind Ihre Ruderer, also die konvetionellen Kraftwerke nicht das Problem. Im Netz muß immer genauso viel Energie bereitgestellt werden wie gerade gebraucht wird. Dann kann man  unser frequenzgesteuertes Netz mit +/- 200 mHz automatischer Regelenergie recht gut stabil halten. Das haben konventionelle Kraftwerke viele Jahrzente lang bewiesen. Schuld daran, dass das es jetzt nicht mehr funktioniert, sind nicht die Ruderer, nicht der Trainer, sondern der / die Vereins-Chef*in. Denn jetzt kommen nicht kalkulierbare, sogenannte „Erneuerbaren Energieen“ per Gesetzt zum Einsatzt deren Schäden an Flora und Fauna, menschlicher Gesundheit und vielem mehr, die noch nie in seiner Gesamtheit erfasst wurden. Sie gefährden nicht nur die Netzstabilität, sondern auch die Artenvielfalt bei Pflanzen und Tieren, das Mikroklima sowie unsere Umwelt. Sie sind weder ökonomisch, noch ökologisch haltbar. Solch einen Schaden könnte keine Ihrer Rudertruppen, selbst mit größter Böswilligkeit erreichen. Solche EEG-Anlagen stellen die Netzbetreiber vor immer schwerer zu lösende Aufgaben. Die Antwort auf „Woher kommt der Strom?“ bin ich jetzt noch schuldig. Wenn also Kraftwerke keinen Strom erzeugen, wer denn dann? Wir sind es! Wir, mit unseren elektrischen Geräten. Jede Leuchte, die wir einschalten, jeder Staubsauger, Fernseher, Bügeleisen, jede Waschmaschine sind mit ihren Innenwiderstand Stromerzeuger. Aber Strom wird nicht verbraucht. Die Summe aller Ströme ist immer NULL! (siehe Kirchhoffsche Gesetze) Auf unserer Rechnung steht ja auch nicht, wir hätten X,XX Ampere zu bezahlen. Da steht kWh, Kilowattstunden, also elektrische Arbeit. Ein Produkt aus Spannung mal Strom mal Zeit. W=U*I*t Es ist also elektrische Arbeit, die wir auf Grund inkompetenter Regierungsarbeit sündhaft teuer bezahlen müssen. Lieber Herr Hofmann-Reinecke, Ihre Unterüberchrift:„Wenn das Netz Fieber hat“ irretiert mich etwas. Vor einigen Jahren bin ich mal auf ein Interview gestoßen, in dem ein ziemlich esotherisch wirkender Mann, mit verdrehten Augen behauptete zu wissen: Die Welt hat Fieber! Ich wusste nicht, wer das ist. Klimawandel und Energiewende waren Themen, von denen ich damals noch dachte, das ficht mich nicht an. Ich habe nach wenigen Minuten weggeschaltet. Heute weiß ich, dass war kein anderer als Hans Joachim „John“ Schellnhuber. Welchen Einfluß dieser Esotheriker auf unsere Regierung hat, war mir damals nicht bewußt. Das „Fieber der Dinge“ halte ich persönlich heute für furchtbares Framing. Vielleicht haben Sie dazu eine begründete, andere Meinung. Vielleicht fällt Ihnen aber auch eine bessere Überschrift ein. Mit besten Grüßen    

    • Sehr geehrter Herr Winter!

      Ich komme aus der Elektrotechnik, Energietechnik hatte ich jedoch nur als Nebenfach.
      Sie kennen ideale Strom- und Spannungsquellen, die gibt es in der Realität nicht.
      Unsere Kraftwerke haben üblicherweise Synchronmaschinen mit 3000 U/min.
      Je nach Erregung kann man die zu eher einer Strom- oder Spannungsquelle bewegen.
      Kirchhoff, egal ob Masche oder Knoten, hat da kein Problem mit.
      Nebenbei, der unbedarfte Leser kennt Stromanbieter, Umgangssprache.
      Das Kraftwerk bietet Strom an, der Kunde bezieht ihn je nach Bedarf.
      Abgerechnet wird halt am Zähler in kWh Wirkleistung, I x U x Zeit.
      Da die Spannung annähernd konstant ist, interessieren den Kunden Strom und Zeit.
      Kraftwerke regeln nach Strombedarf die Leistung nach, U und f möglichst konstant.
      Mit anderen Worten, sie passen sich möglichst gut dem momentanen STROMBEDARF an.

    • Sehr geehrter Herr Hofmann-Reinecke!

      Ihr Beispiel mit den Ruderern im 8er Boot finde ich hervorragend.
      Wenn ich Synchronisation erklärte, nahm ich gern als Beispiel ein Getriebe.
      Da muss nicht nur die Drehzahl stimmen, auch die Zähne müssen ineinandergreifen.
      Ihr Beispiel ist viel besser verständlich, gerade für Lischen Müller.
      Da 8 im Boot sitzen, darf keiner nennenswert schlapp machen, z.B. Windkraft.

      Bei Ihrem Vergleich habe ich noch eine gute Ergänzung!
      Solche Wettkämpfe finden üblicherweise auf Wasser (fast) ohne Strömung statt.
      Lassen wir mal die Ruderer gegen Strömung schwimmen, die sich ändert!
      Forderung, Taktzahl und Geschwindigkeit des Boots müssen immer konstant sein.
      Daraus ergibt sich, je nach Strömung müssen die Ruderer ihre Leistung anpassen.
      Fällt einer bei 70 % Leistungsabfrage aus, funktioniert sofortige Kompensation.
      Fallen zwei Ruderer aus, wird es langsam eng, geht aber noch, Grenzbereich.
      Ist der dritte Kandidat launisch (Windkraft), wird es zum Würfelspiel.
      Bei 90 % darf keiner komplett ausfallen, nur einer etwas schwächeln.
      Im Beispiel sind dann:
      Taktzahl = Frequenz, Geschwindigkeit = Spannung und Strömung = Leistung

  2. Ein typischer Hofmann- Reinecke. Physikalische Prozesse farbig und verständlich dargestellt, für Jüngere wohl als Opfer zahlreicher Bildungsreformen unerlässlich. Auch Ihr Artikel bei achgut über die Drohnen- und Hubschrauber – Fliegerei war überaus lesenswert.Wir Älteren, die zumeist noch über physikalisch- technische Bildung verfügen müssen die Gefahren eines Blackouts öffentlich thematisieren, ein flächendeckender Stromausfall würde der waidwunden BRD den Todesstoss versetzen. Lassen wir es nicht darauf ankommen. Viele herzliche Grüße nach Südafrika.

    • Bereiten Sie uns auf das Schlimmste vor. Moorburg ist bereits tot, Brokdorf folgt. Es gibt danach kein grundlastfaehiges Grosskraftwerk mehr im Raum HH, SH, MV. Dafür wollen rotgrüne Ideologen nunmehr Buschholz aus Afrika verbrennen. Zerstörung der deutschen Wirtschaft und des Gemeinwesens mit Ansage.

      Kommt es zum Blackout, zerfällt dieser Staat zu Staub. Und niemand sage, er hätte es nicht gewusst.

  3. Quatsch, den Strom liefern die Kobolde. Das ist der Plan der GRÜNEN und wer daran zweifelt muss in die Strafecke, die rechte…..

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