50,2 Hz und 49,5 Hz: Warum ältere Anlagen nachrüsten mussten
Das europäische Verbundnetz läuft mit einer Frequenz von 50 Hertz. Weicht sie ab, stimmt das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch nicht mehr. Speisen Kraftwerke mehr ein, als abgenommen wird, steigt die Frequenz; fehlt Leistung, sinkt sie. Im Normalbetrieb bewegen sich die Schwankungen im Bereich weniger Hundertstel Hertz, und Regelleistung fängt sie ab. Gefährlich wird es, wenn sich bei einem bestimmten Frequenzwert sehr viele Anlagen gleichzeitig vom Netz trennen. Genau das war über Jahre in den technischen Regeln für dezentrale Erzeuger in Deutschland angelegt.
Das 50,2-Hz-Problem der Photovoltaik
Als Solaranlagen noch eine Nischentechnik waren, galt eine einfache Vorgabe: Steigt die Frequenz auf 50,2 Hertz, trennt sich der Wechselrichter vom Netz. Bei ein paar Tausend Anlagen war das unbedenklich. Mit dem Solarboom nach 2009 wuchs daraus aber eine Leistung von vielen Gigawatt, die in einem einzigen Moment hätte wegfallen können. Ein so abrupter Verlust hätte die Frequenz nach unten gerissen und die Reserven des Systems überfordert. Das Beispiel zeigt gut, wie eine Regel, die für eine Handvoll Anlagen gedacht war, bei massenhafter Verbreitung selbst zum Risiko wird.
Die Bundesregierung reagierte 2012 mit der Systemstabilitätsverordnung (SysStabV). Betreiber größerer Photovoltaikanlagen, die in den Jahren davor ans Netz gegangen waren, mussten die Wechselrichter umstellen oder tauschen lassen. Seither trennen sich diese Anlagen gestaffelt bei unterschiedlichen Frequenzwerten und nicht mehr alle auf einmal. Die Netzbetreiber organisierten die Umrüstung, die Kosten wurden auf Netzentgelte und EEG-Umlage verteilt.
Die 49,5-Hz-Grenze bei Wind, Biomasse, KWK und Wasserkraft
Bei Unterfrequenz gab es ein Gegenstück. Viele ältere Windräder, Biogas- und Biomasseanlagen, Blockheizkraftwerke und kleine Wasserkraftwerke waren so eingestellt, dass sie sich bei 49,5 Hertz sofort abschalten. So sahen es die Anschlussregeln für das Mittelspannungsnetz aus der Zeit vor dem großen Zubau vor. Sinkt die Frequenz aber nach dem Ausfall eines Großkraftwerks, braucht das System jede verfügbare Einspeisung. Steigen gerade dann Tausende dezentrale Anlagen aus, machen sie die Lage schlimmer.
Zur Einordnung hilft der Stufenplan, mit dem Netzbetreiber auf Unterfrequenz reagieren. Ab 49,8 Hertz werden zusätzliche Reserven mobilisiert. Ab 49 Hertz beginnt der automatische Lastabwurf, bei dem ganze Verbrauchergruppen abgeschaltet werden, um einen großflächigen Zusammenbruch zu verhindern. Anlagen, die schon bei 49,5 Hertz vom Netz gehen, fehlen also genau zwischen diesen beiden Stufen, wenn es eng wird.
Mit einer Novelle der Systemstabilitätsverordnung von 2015 wurde die Nachrüstpflicht deshalb auf diese Erzeuger ausgeweitet. Betroffen waren Wind-, Biomasse-, KWK- und Wasserkraftanlagen oberhalb einer Mindestgröße, die am Mittel- oder Hochspannungsnetz hängen. Ihre Schutzeinstellungen mussten so geändert werden, dass sie in einem breiteren Frequenzband am Netz bleiben. Die Netzbetreiber schrieben die Betreiber an und setzten Fristen.
Wie es heute geregelt ist
Neue Anlagen haben das Problem nicht mehr. Die VDE-Anwendungsregeln für den Netzanschluss, VDE-AR-N 4105 für die Niederspannung und VDE-AR-N 4110 für die Mittelspannung, verlangen ein anderes Verhalten. Bei Überfrequenz senken Erzeuger ihre Leistung stufenlos ab, statt schlagartig abzuschalten. Bei Unterfrequenz müssen sie deutlich länger am Netz bleiben. Grundlage ist der europäische Netzkodex mit Anforderungen an Stromerzeuger (Requirements for Generators), der seit 2019 für neue Anlagen verbindlich gilt.
Wie wichtig das ist, zeigte im Januar 2021 eine Netzauftrennung im europäischen Verbund, bei der Südosteuropa für etwa eine Stunde vom übrigen Netz getrennt war. Die Frequenz schwankte auf beiden Seiten deutlich, ein Blackout blieb aus.
Für die meisten Betreiber älterer Anlagen ist die Nachrüstung erledigt. Wer eine Bestandsanlage kauft oder repowern will, sollte trotzdem prüfen, ob die Nachweise über die Umstellung vorliegen. Der Netzbetreiber kann sie jederzeit anfordern.
Hier schreibt Matthias! Ich bin begeisterter Blogger und beschäftige mich tagtäglich mit neuen effizienten Energiesystemen. Zudem bin ich Befürworter der Energiewende.
