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Leistungsänderungsgeschwindigkeit

Definition: die Rate, mit der die Leistungsabgabe eines Kraftwerks geändert werden kann

Englisch: load following rate

Kategorien: Grundbegriffe, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 24.12.2012; letzte Änderung: 31.07.2020

Die Leistungsänderungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit (z. B. in Einheiten von Megawatt pro Minute), mit der die von einem Kraftwerk erzeugte elektrische Leistung geändert wird, beispielsweise im Lastfolgebetrieb. Je nach Typ und genauer Ausführung eines Kraftwerks ist die Leistungsänderungsgeschwindigkeit technisch begrenzt. Relevant ist sie vor allem für die Sekundärregelung (→ Frequenzregelung im Stromnetz).

Andere Bezeichnungen für die gleiche Größe sind Leistungsgradient und Lastgradient. Diese sind kürzer und klingen “wissenschaftlicher”, sind allerdings ungenau, weil eine zeitliche Ableitung mathematisch nicht als Gradient gilt, und weil “Last” und “Leistung” nicht dasselbe sind.

Bei Wärmekraftwerken mit Dampfturbinen liegt die Grenze meist bei rund 5 bis 10 % der maximalen Leistung pro Minute, also z. B. bei einem 500-MW-Kraftwerk bei 25 bis 50 MW pro Minute. Diese Begrenzung rührt daher, dass diverse Komponenten (Dampfturbine, Kessel oder Dampferzeuger) bei schnelleren Leistungsänderungen durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung zu stark belastet würden. Auch der Wirkungsgrad wird durch schnelle Leistungsänderungen oft beeinträchtigt. Für Kohlekraftwerke trifft dies in wesentlich stärkerem Maße zu als für Gaskraftwerke, und deutliche Verschlechterungen der Abgasqualität können noch hinzukommen.

Man beachte, dass bei Wärmekraftwerken Leistungsänderungen nur in einem begrenzten Bereich sinnvoll sind, da sonst der Wirkungsgrad stark leidet. Man wird beispielsweise kaum ein Wärmekraftwerk mit nur 30 % Auslastung fahren wollen, um weitere 70 % als Leistungsreserve zu haben.

Hohe Leistungsänderungsgeschwindigkeiten werden von Pumpspeicherkraftwerken, anderen Wasser-Speicherkraftwerken und von Gasturbinen (damit auch von Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken) erreicht, wobei bei den Gaskraftwerken wiederum der Leistungsbereich stärker begrenzt ist. Extrem schnelle Leistungsänderungen sind möglich mit Energiespeichern basierend auf Akkumulatoren.

Die Energiewende führt zu erhöhten Anforderungen an die Leistungsänderungsgeschwindigkeit von thermischen Kraftwerken, da zunehmend fluktuierende Einspeisungen von Windenergieanlagen und Photovoltaikanlagen erfolgen, die zum Teil von thermischen Kraftwerken ausgeglichen werden müssen. Für träge Kraftwerke wie Kernkraftwerke und Kohlekraftwerke ist dies schwierig, auch wenn zum Teil durch Nachrüstungen die Flexibilität etwas erhöht werden kann.

Für die Erzeugung von Regelenergie ist eine hohe Leistungsänderungsgeschwindigkeit bei der Primärregelung nützlich. Bei der Sekundär- und Tertiärregelung dagegen sind die Anforderungen sehr moderat.

Fragen und Kommentare von Lesern

30.07.2020

Welche physikalischen Eigenschaften begrenzen den Leistungsgradienten und die Anschwingzeiten bei den verschiedenen Kraftwerken (thermische KW, Windkraftanlagen, PV, Wasserkraftanlagen etc.?

Antwort vom Autor:

Bei thermischen Kraftwerken können verschiedene Faktoren eine Rolle spielen, beispielsweise die Trägheit der Feuerung und mechanische Spannungen, die bei Änderungen von Temperatur und Drucken entstehen.

Bei Wasserkraftanlagen muss im Prinzip nur das Wasser in Bewegung gesetzt werden, während die Winkelgeschwindigkeit, mit der sich die Turbine dreht, in der Regel konstant bleibt (außer natürlich beim Anfahren).

Für Windkraftanlagen ist der Begriff kaum anwendbar, da sie ja nicht gedacht sind, um eine dem Bedarf anpassbare Leistung bereitzustellen.

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Siehe auch: Leistung, Kraftwerk, Regelenergie, Lastfolgebetrieb
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