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Notstromversorgung

Im Falle eines Stromausfalls des öffentlichen Stromnetzes ist es häufig notwendig, eine Notstromversorgung zu gewährleisten. Diese basiert in der Regel auf einem oder mehreren Notstromaggregaten, ggf. in Verbindung mit geeigneter Regelelektronik. Anlagen mit dem Zweck der Notstromversorgung werden als Netzersatzanlagen (NEA) bezeichnet.

Viele Netzersatzanlagen sind aus Kostengründen nicht für den Regelbetrieb dimensioniert, sondern reichen lediglich für den Betrieb der besonders wichtigen Verbraucher aus (bzw. für die Anlagenteile, wo bei Ausfall die schlimmsten Schäden zu befürchten wären).

Mobile Netzersatzanlagen enthalten in der Regel einen Verbrennungsmotor mit Generator in einem Fahrzeug. Sie können im Notfall zu kritischen Verbrauchern gefahren und dort angeschlossen werden.

Typische Anwendungen und Anforderungen

Da Notstromanlagen in der Regel nur kurzzeitig zum Einsatz kommen, also nur wenige Volllaststunden pro Jahr erreichen, sind hier gewisse Qualitäten wie eine hohe Energieeffizienz, gute Abgasqualität und lange Lebensdauer von eher geringer Bedeutung. Wichtig sind jedoch je nach Einsatzfeld niedrige spezifische Kosten (z. B. in €/kW), eine hohe Zuverlässigkeit oder eine hohe Spannungsqualität:

• Für den Fall eines längeren Stromausfalls im öffentlichen Stromnetz müssen manche Industriebetriebe Notstromanlagen vorhalten, die zumindest einen Teil der Verbraucher eine Zeit lang versorgen können. In Ländern wie Deutschland, wo die öffentliche Stromversorgung eine sehr hohe Zuverlässigkeit aufweist, kommen diese Aggregate nur selten zum Einsatz. Sie können trotzdem wichtig sein, um z. B. massive Schäden durch unvorhergesehene Abschaltung von Produktionsmaschinen zu vermeiden.
• Rechenzentren, z. B. auch Serveranlagen von Website-Hostern, müssen über eine sehr zuverlässige Notstromversorgung verfügen, allein schon um Datenverluste zu vermeiden. Eine hohe Spannungsqualität, vor allem eine genaue Einhaltung der geforderten Netzspannung und Netzfrequenz sowie die Vermeidung unerwünschter Frequenzkomponenten, ist für den Betrieb von Computeranlagen oft besonders wichtig.
• Auch kleine PC-Anlagen z. B. in Büros werden manchmal mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) auf der Basis eines relativ kleinen Akkumulators ausgerüstet. Die Kapazität dieses Akkus reicht unter Umständen nur z. B. für 15 Minuten Betriebszeit. Dies genügt immerhin, um die betroffenen Rechner regulär herunterzufahren und damit Datenverluste zu vermeiden. Die meiste Zeit wird ein solches USV-Gerät am regulär funktionierenden Stromnetz betrieben, sorgt dann für das Halten eines vollen Ladezustands und als Nebenwirkung für einen gewissen Standby-Verbrauch.
• Besonders kritisch ist die Notstromversorgung von Krankenhäusern, insbesondere von Operationssälen, da hier ein wirksam werdender Stromausfall mit hoher Wahrscheinlichkeit Todesfälle verursachen könnte. Eine hohe Zuverlässigkeit der Notstromanlagen ist hier besonders wichtig.

• In noch höherem Maße gilt dies für Kernkraftwerke. Zwar kann (und muss) ein Kernreaktor bei Ausfall des Stromnetzes (im Schwarzfall) sofort abgeschaltet werden; jedoch entwickelt er dann immer noch eine erhebliche thermische Leistung durch die starke Radioaktivität in den Brennelementen. Bei größeren Reaktoren kann dies in der Regel im Laufe von Stunden bis Tagen zu einer katastrophalen Kernschmelze führen, ebenfalls zu anderen katastrophalen Verläufen z. B. mit Wasserstoffexplosionen. Die Notstromversorgung solcher Anlagen muss extrem zuverlässig sein (selbst unter Störeinflüssen von außen), zudem sehr leistungsstark (für starke Kühlwasserpumpen) und geeignet für längeren Betrieb (mit entsprechend großen und gut gesicherten Kraftstofftanks).

Damit eine Netzersatzanlage z. B. in einem Haus den Betrieb aller Verbraucher bei Stromausfall ermöglichen soll, muss sie in geeigneter Weise mit der Hauselektrik verbunden sein. Diese muss im Notstromfall vom öffentlichen Stromnetz getrennt und mit dem Notstromaggregat verbunden werden. Wenn dagegen nur ein einfaches Notstromaggregat verfügbar ist, welches lediglich über eine oder mehrere Steckdosen verfügt, kann man lediglich bestimmte Verbraucher (z. B. eine Heizungsanlage und eine Tiefkühltruhe) daran anschließen, nicht jedoch z. B. die gesamten Beleuchtungsanlagen des Hauses.

Maßnahmen bei Hochverfügbarkeitsanforderungen

Bei Anwendungsfällen mit besonderen Anforderungen an die zuverlässige Verfügbarkeit von Notstromanlagen kann eine Vielzahl von Maßnahmen nötig sein:

• Offenkundig wird man als besonders zuverlässig bekannte Notstromaggregate einsetzen.
• Man braucht mehrere Aggregate für eine ausreichend Redundanz. Es muss bei Ausfall eines Aggregats immer noch genügend Leistung zur Verfügung steht, und man muss ungewünschte Wechselwirkungen (z. B. Beschädigung eines Aggregats als Folge des Defekts eines anderen) durch geeignete Maßnahmen so weit wie möglich ausschließen.
• Die Aggregate müssen gegen zu befürchtende Einwirkungen von außen geschützt werden, z. B. durch extremes Wetter, Überschwemmungen und Sabotage.
• Sie müssen über einen oder mehrere ausreichend große Kraftstofftanks verfügen, die ebenfalls entsprechend gesichert sein müssen.
• Eine ausgefeilte Elektronik muss Netzprobleme zuverlässig erkennen (z. B. auch bei Spannungs- und Frequenzschwankungen ohne Totalausfall des Netzes) und geeignet darauf reagieren können. Wenn die Netzersatzanlage nicht für den gesamten Regelbetrieb vorgesehen ist, müssen die nicht essenziellen Verbraucher zuverlässig abgeschaltet werden können. Hierfür muss ein geeignetes Notfallkonzept vorbereitet sein.
• Die Gesamtanlage muss regelmäßig gewartet und getestet werden, da auch bei Nichtbenutzung Schäden entstehen können. Die im Rahmen des Notfallkonzepts vorgesehenen Schritte müssen, soweit sie Personen und nicht Automaten betreffen, regelmäßig geübt werden.

Trotz solcher Maßnahmen sind ungeplante Ausfälle nicht völlig auszuschließen. Dies führte z. B. in 2006 dazu, dass man im schwedischen Kernkraftwerk Forsmark offenbar nur knapp einen schweren nuklearen Unfall als Folge unzureichender Reaktorkühlung vermeiden konnte.

Siehe auch: Notstromaggregat, elektrische Energie, Stromausfall