Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

86 Versorgung mit elektrischer Energie 16 Verbundnetz A1 Wiederhole die Begriffe„elektrische und magneti- sche Energiedichte (Feldenergie)“! Elektrische Energie hat neben großen Vorteilen, wie guter Umwandelbarkeit und relativ leichter Transpor- tierbarkeit, einen wesentlichen Nachteil: Elektrische Energie lässt sich in großtechnischem Maßstab wirt- schaftlich nicht speichern. a)  Die Speicherung von elektrischer Energie in elekt- rischen (bzw. magnetischen) Feldern scheidet wegen der geringen erzielbaren Energiedichte aus. b)  Eine Speicherung von Energie in Akkumulatoren, die bei Bedarf sofort elektrische Energie abgeben, ist, abgesehen von Fällen isolierter Verbraucher, un­ wirtschaftlich. c)  Eine Form der Energiespeicherung, die in kürzes­ ter Zeit elektrische Energie zu liefern vermag, sind die sogenannten Pumpspeicherkraftwerke. In ihnen wird überschüssige elektrische Energie (in der Nacht, besonders im Sommer) dazu verwendet, Wasser in ein höher gelegenes Sammelbecken zu pumpen. Die Energie ist dann in Form von potentieller Energie ge- speichert. Bei Bedarf wird das Wasser abgelassen und treibt dabei eine Turbine, die selbst wiederum einen Generator antreibt. Pumpspeicherkraftwerke lassen sich allerdings aus ökonomischen und ökologischen Gründen nicht in beliebiger Anzahl errichten. Die beschränkten Speichermöglichkeiten für elekt- rische Energie erzwingen, dass zu jedemZeitpunkt die Gesamtleistung der Kraftwerke genau dem Gesamt- bedarf der Verbraucher einschließlich aller Verluste entsprechen muss. Die Situation wird dadurch ver- schärft, dass den Verbrauchern Wechselspannung in konstanter Frequenz und mit konstanter Effektiv­ 16.6 spannung zur Verfügung gestellt werden muss, da sonst die Betriebssicherheit der Geräte und ihr effek- tiver Einsatz nicht gewährleistet sind. Dazu kommt, dass Wärmekraftwerke nicht beliebig ihre Leistungs- abgabe variieren können, sondern ihre Leistung nur relativ langsam verändern können. Die geschilderten Umstände machen deutlich, dass ein einzelnes Kraftwerk kaum in der Lage ist, einer Region eine gesicherte Stromversorgung zu garantie- ren. Durch einen Verbund vieler Kraftwerke hingegen lassen sich Schwankungen des Bedarfs an elektrischer Energie gut verteilen (Lastverteilung). Das gemein- same Beschicken eines Netzes mit elektrischer Ener- gie nennt man Verbundbetrieb. Das zugehörige Verbundnetz und die zugehörigen Kraftwerke und Umspannwerke bedürfen einer ausgeklügelten Steu- erung. Dieser Aufgabe kommt der Hauptlastvertei- ler nach. Der Bedarf an elektrischer Energie schwankt sowohl innerhalb eines Tages als auch innerhalb eines Jah- res (Tagesgang, Jahresgang). Man unterscheidet zwischen der Grundlast, die andauernd vom Netz bereitgestellt werden muss, und der Spitzenlast, die nur kurze Zeit hindurch benötigt wird. Die Last steigt in der Regel in den Morgenstunden an und sinkt erst wieder in den späten Abendstunden auf das niedrige- re Niveau während der Nachtstunden ab. Diese Last heißt Trapezlast. Zur Abdeckung der Grundlast eignen sich Laufkraft- werke und imWinter bei geringer Wasserführung der Flüsse, Wärmekraftwerke sowie relativ billiger, lang- fristig vereinbarter Importstrom. Zur Abdeckung der Spitzenlast eignen sich Spei- cher- und Pumpspeicherkraftwerke, Gasturbinen- kraftwerke und teurer, kurzfristig angeforderter Im- portstrom. Abb. 86.1 Tagesdeckung des Strombedarfs des Verbunds imWinter und im Sommer (Quelle: Verbund AG) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Verbrauch in kWh Tageszeit in h 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Verbrauch in kWh Tageszeit in h Wärmekraftwerke Inlandsbezüge Importe Jahresspeicher Tagesspeicher Laufschwell-KW Lauf-KW Wintertag, 24.2.2000 Gesamtaufbringung 111,0 Gwh Sommertag, 18.8.2000 Gesamtaufbringung 93,6 Gwh Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verla s öbv