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Systemdienstleistungen

Definition: für die einwandfreie Funktion eines Stromnetzes notwendige Dienste

Englisch: balancing services

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 16.03.2015; letzte Änderung: 20.09.2020

Die korrekte Funktion von Stromnetzen erfordert nicht nur die Einspeisung ausreichender Energiemengen, sondern auch eine Reihe sogenannter Systemdienstleistungen (definiert nach dem Transmission Code), um eine hohe Versorgungsqualität zu erzielen. Zur Versorgungsqualität gehören Aspekte wie die Versorgungssicherheit und die Konstanz der den Verbrauchern gebotenen elektrischen Spannung und Netzfrequenz (bei Wechselstrom). Um eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit zu erzielen, muss eine Überlastung von Betriebsmitteln weitestgehend vermieden werden. Im Falle einer Störung werden gewisse Systemdienstleistungen benötigt, um den regulären Betrieb wieder aufnehmen zu können.

Die übergeordnete Verantwortlichkeit für die Beschaffung der Systemdienstleistungen liegt größtenteils bei den Übertragungsnetzbetreibern. Diese müssen im Rahmen ihrer Betriebsführung organisatorisch dafür sorgen, dass beispielsweise gewisse Kraftwerke oder auch andere technische Anlagen bestimmte Systemdienstleistungen erbringen, wofür deren Betreiber finanzielle Entschädigungen erhalten. Die entstehenden Kosten werden den Verbrauchern über die Netznutzungsentgelte belastet. In etlichen Punkten müssen die Übertragungsnetzbetreiber ihre Aktionen auf geeignete Weise miteinander abstimmen (netzebenenübergreifender Dialog), da nicht alle Probleme im Netz lokal gelöst werden können. Für gewisse Aufgaben sind die Verteilungsnetzbetreiber zuständig.

Leistungen, die rein auf der technischen Ebene erfolgen werden auch als Netzdienstleistungen bezeichnet.

Im Folgenden werden die wichtigsten Systemdienstleistungen beschrieben.

Spannungshaltung

Hier geht es darum, die den Verbrauchern angebotene elektrische Spannung innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs zu halten – bei Kleinverbrauchern beispielsweise 230 V ± 10 %. Diese Aufgabe liegt zum guten Teil bei den Verteilungsnetzbetreibern, die die direkte Verbindung zu den Endkunden haben.

In Wechselstromnetzen genügt es für die Spannungshaltung nicht, eine Balance von Leistungseinspeisungen und -entnahmen zu haben. Zusätzlich müssen auch die durch das Netz fließenden Blindleistungen innerhalb gewisser Grenzen liegen. Wenn gewisse Verbraucher oder auch Hochspannungsleitungen (besonders Erdkabel) einen hohen Blindleistungsbedarf aufweisen, muss die nötige Blindleistung z. B. von geeigneten Kraftwerken oder auch in Anlagen zur Blindleistungskompensation erzeugt werden. Das aktive Blindleistungsmanagement ist eine Aufgabe von Übertragungsnetz- und Verteilungsnetzbetreibern.

Weitere Details beschreibt der Artikel über Spannungshaltung.

Frequenzhaltung

In Wechselstromnetzen ist Balance der eingespeisten und entnommenen elektrischen Leistungen eng mit der Netzfrequenz verknüpft. Wenn beispielsweise plötzlich zusätzliche Leistung entnommen wird oder die eingespeiste Leistung wegen einer Kraftwerksstörung reduziert wird, sinkt die Netzfrequenz ab. Um sie wieder auf ihren Sollwert (z. B. 50 Hz) zurückzuführen, müssen durch die Übertragungsnetzbetreiber entsprechende Maßnahmen der Frequenzregelung ergriffen werden. Im Kern geht es um die Bereitstellung sogenannter Regelenergie im Rahmen der Primärregelung, Sekundärregelung oder Minutenreserve, sowie um die Steuerung zu- oder abschaltbarer Lasten. Im Notfall muss auch ein frequenzabhängiger Lastabwurf durchgeführt werden.

Die Beschaffung von Regelenergie gehört zu den kostenträchtigsten Teilen der Systemdienstleistungen.

Der Artikel über die Frequenzregelung im Stromnetz erklärt weitere Details.

Vorhaltung von Blindleistung

Wie oben beschrieben, wird für den ordnungsgemäßen Betrieb von Wechselstromnetzen die Einspeisung angemessener Blindleistungen an verschiedenen Punkten benötigt. Solche Blindleistungen werden häufig in großem Umfang von den elektrischen Generatoren (Synchrongeneratoren) von Großkraftwerken erzeugt, inzwischen zunehmend aber auch von Kleinkraftwerken, beispielsweise mithilfe der Wechselrichter von Photovoltaikanlagen. Es gibt doch Anlagen, die für die Blindleistungskompensation geeignet sind, ohne elektrische Energie in das Netz einzuspeisen; aufgrund von Energieverlusten verbrauchen sie sogar gewisse Mengen elektrischer Energie.

Weitere Details erklären die Artikel über Blindstrom, Blindleistung und Blindleistungskompensation.

Bereitstellung von Verlustenergie

Beim Transport elektrischer Energie in Stromnetzen entstehen gewisse Energieverluste beispielsweise in Leitungen und auch in anderen Betriebsmitteln wie Transformatoren. Dies bedeutet, dass die insgesamt von den Kraftwerken eingespeiste Leistung um einige Prozent höher liegen muss als die von den Verbrauchern insgesamt bezogene Leistung. Die Höhe der Verlustleistung hängt stark von der Auslastung der Netze ab.

Die Übertragungsnetzbetreiber müssen die Verlustleistung vorausberechnen und entsprechende zusätzliche Energiemengen am Strommarkt einkaufen, und zwar transparent und diskriminierungsfrei, beispielsweise über regelmäßige Ausschreibungen. Die Verlustenergie gehört zu den größten Kostenblöcken bei den Systemdienstleistungen.

Betriebsführung

Die Übertragungsnetzbetreiber müssten täglich überwachen, ob die Leistungsflüsse in den Stromnetzen, die sich aus den am Strommarkt vereinbarten Einspeisungen ergäben, zur Überlastung von Betriebsmitteln (z. B. von Hochspannungsleitungen) führen würden. Falls dies so ist, müssen sie sogenannte Redispatch-Maßnahmen ergreifen, d. h. die Fahrpläne gewisser Kraftwerke entsprechend abändern, um die räumliche Verteilung der eingespeisten Leistungen besser der Verteilung des Energiebedarfs anzupassen.

Auch über das Einspeisemanagement können die Netzbetreiber ggf. eingreifen, wenn schwerwiegende Engpässe drohen. Beispielsweise müssen die Einspeisungen auch von erneuerbarer Energie aus Windenergieanlagen notfalls vermindert oder eingestellt werden, wenn die Stromnetze sonst durch ein Ungleichgewicht von Erzeugung und Bedarf oder durch eine Überlastung instabil würden.

Die Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme von Kraftwerken (z. B. auch temporär für Wartungszwecke) kann nicht von den Kraftwerksbetreibern frei bestimmt werden. Die Netzbetreiber müssen solche Vorgänge mit den Kraftwerksbetreibern zu abstimmen, dass keine Engpässe entstehen. Gegebenenfalls muss auch die Erhaltung gewisser Reservekraftwerke gesichert werden z. B. für den Fall, dass mehrere regulär arbeitende Kraftwerke unvorhergesehen ausfallen.

Die Betriebsführung erfordert einen umfangreichen Datenaustausch zwischen verschiedenen Netzbetreibern und Kraftwerksbetreibern, teilweise auch mit Verbrauchern.

Diesen Aspekt erklärt der Artikel über den Redispatch genauer.

Versorgungswiederaufbau

Nach einem Stromausfall müssen die Netzbetreiber über ihre Netzleitwarten die nicht triviale Aufgabe des Versorgungswiederaufbaus beherrschen. Hierzu benötigen Sie zunächst einmal Kraftwerke, die schwarzstartfähig sind, d. h. die ohne anfänglichen Strombezug aus dem Netz starten können. Dann können Zug um Zug Gruppen von Verbrauchern wieder aktiviert werden und weitere Kraftwerke mit dem Netz synchronisiert werden.

Natürlich muss ein Stromausfall nach Möglichkeit vermieden oder zumindest auf möglichst kleine Verbrauchergruppen eingegrenzt werden. Hierfür müssen die Netzbetreiber ggf. geeignete Schaltmaßnahmen ergreifen, um Störungen einzugrenzen, bevor sie sich allzu weitflächig auswirken.

Fragen und Kommentare von Lesern

30.10.2018

Ist es in der Praxis demgemäß so, dass die Netzbetreiber alle in das Mittelspannungsnetz eingespeisten Strommengen (beispielsweise einer Photovoltaikanlage) an den Übertragungsnetzbetreiber, also in das Hochspannungsnetz weiterleiten?

Sind die Netzbetreiber für die Spannungshaltung des Mittelspannungsnetzes selbst verantwortlich, sodass ihnen selbst obliegt die notwendige Verlustenergie ggf. einzukaufen? Habe ich es richtig verstanden, dass die Netzverluste steigen, je höher die Übertragungsmenge ist?

Antwort vom Autor:

Nein, die eingespeisten Strommengen werden keineswegs automatisch “nach oben” weitergeleitet, sondern man deckt damit erst einmal den lokalen Verbrauch und kauft entsprechend weniger aus dem Hochspannungsnetz ein.

Die Spannungshaltung ist immer eine Aufgabe der Netzbetreiber.

In der Tat steigen die Netzverluste mit zunehmender Übertragungsleistung – wobei aber auch sehr schwach ausgelastete Netze ineffizient sind.

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Siehe auch: Stromnetz, Spannungshaltung, Frequenzregelung im Stromnetz, Redispatch, Schwarzstart, Versorgungssicherheit, Mindesterzeugung, Netznutzungsentgelt
sowie andere Artikel in der Kategorie elektrische Energie

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