Notstromversorgung für Tankstellen - Teil 1

Seit 2017 wird das staatliche Ziel verfolgt, das Österreichische Bundesheer (ÖBH) als strategische Handlungsreserve der Republik zu etablieren und zu stärken. Das Dokument „Militärstrategisches Konzept 2017“ stellt in diesem Zusammenhang klar: „Kritische Infrastrukturen und Notversorgungseinrichtungen sind besonders verwundbar. Gerade bei der Energieversorgung, der Rohstoff- und Ernährungsbasis muss schon nach wenigen Stunden mit signifikanten Engpässen gerechnet werden. Dies erfordert eine Stärkung der Resilienz Österreichs im Allgemeinen sowie des ÖBH im Speziellen, damit das ÖBH in derartigen Krisensituationen so lange wie nötig autark einsatzfähig ist.“

Zusätzlich zu diesem Konzept existieren die folgenden gültigen Dokumente:

• Österreichische Sicherheitsstrategie (2013);
• Teilstrategie Verteidigungspolitik (2014);
• Grundlegende militärische Verfahren und Aufgaben im Einsatz (2015).

Die österreichische Regulierungsbehörde für die Strom- und Gaswirtschaft, E-Control, hat am 11. August 2017 die aktuelle „Ausfall- und Störungsstatistik für Österreich“ veröffentlicht. Darin steht unter anderem, dass österreichische Haushalte im Jahr 2016 durchschnittlich 24 Minuten ungeplant ohne Strom waren (ausgenommen regionale außergewöhnliche Ereignisse). Das ist international ein absoluter Spitzenwert und verzerrt möglicherweise die österreichische Wahrnehmung und das Problembewusstsein. Die Ursachen für die Nichtverfügbarkeiten wurden in verschiedenen Kategorien erfasst und ausgewertet. Beispiele dazu sind:

• Blitze (Atmosphärische Einwirkungen);
• Abnützung, Überalterung (Netzbetreiber intern);
• Tiere (Fremdeinwirkung);
• Starkregenereignis (regional außergewöhnliche Ereignisse);
• Erzeugerausfall (Versorgungsausfall).

Atmosphärische Einwirkungen und geplante Versorgungsunterbrechungen sind die Hauptursache von Unterbrechungen der Stromversorgung. Sie haben rund doppelt so hohe Werte wie fremde Einwirkungen, netzbetreiberinterne Versorgungsunterbrechungen oder Rückwirkungsstörungen. Die Werte der Unterbrechung der Stromversorgung (siehe Abbildung 2) stellen Mittelwerte dar. Demnach kann in manchen Regionen eine Versorgungsunterbrechung auch deutlich länger als acht Stunden dauern. Größere Betreiber von Verteilnetzen verfügen zumeist über einige mobile, auf Container-Technik basierende Notstromanlagen, um im Anlassfall innerhalb weniger Stunden einzelne wesentliche Verbraucher und/oder Netzbereiche mit Strom versorgen zu können. Versorgungsunterbrechungen aufgrund eines regional außergewöhnlichen Ereignisses sind für den Netzbetreiber zwar eine Herausforderung, ihre Behebung erfolgt im Großteil der Fälle jedoch innerhalb von 24 Stunden.

Die Auswirkungen von Stromversorgungsausfällen werden in folgende Gruppen gegliedert:

• Gefährdung der Sicherheit von Personen (Aufzüge, Beleuchtung, Belüftung, automatische Wiedereinschaltung von Anlagen etc.);
• Schäden an Maschinen und Einrichtungen (Überhitzungen, Synchronisationsprobleme, Spannungsspitzen etc.);
• Versorgungs- und Entsorgungsausfall (Wasser, Abwasser, Lebensmittel, Medikamente, Kraftstoffe, Bankomat, Kommunikation, Unterbrechung der Kühlkette etc.);
• Wirtschaftliche Folgen (Materialausschuss, Lieferprobleme, Reparaturkosten etc.).

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist für das Betreiben vieler elektrischer Einrichtungen nicht notwendig. Damit genügt ein Notstromaggregat, wenn man davon ausgeht, dass eine Versorgungslücke von maximal einer Minute akzeptabel ist. Ein wesentlicher Aspekt bezüglich der Elektroinstallation eines Notstromaggregates ist die Trennung der einzelnen Leitungsabgänge (Schaltkreise) in notstromversorgte und nicht-notstromversorgte Schaltkreise. Das kann bei bestehenden Anlagen zu erheblichen Kosten, bei der Nachrüstung von Notstromaggregaten, führen. Deshalb sollte dieser Aspekt bereits bei der Planung von Einrichtungen berücksichtigt werden.

Technisch ist bei der Notstromversorgung vor allem die wiederkehrende Spannung (nach Wiederherstellung der öffentlichen Stromversorgung) und das Drehfeld bei Drehstromaggregaten (Kraftstrom) zu beachten. Im Falle eines vorhandenen Einspeisepunktes ist daher bei Anschluss eines mobilen Notstromaggregates ein Fachmann erforderlich, um die richtigen Schalthandlungen und die richtige Drehfeldrichtung sicherzustellen. Bei stationären Aggregaten ist die Installation eines automatischen Umschalters zu empfehlen, da damit alle manuellen Eingriffe entfallen.

Der wesentliche Unterschied zwischen Gleichstrom- und Wechselstromnetzen besteht darin, dass bei Wechselstromnetzen die so genannte Blindleistung existiert. Diese Feldenergie schwingt zwischen induktiven (Spulen) und kapazitiven (Kondensatoren) Netzelementen permanent hin und her. Die Leistung in Gleichstromnetzen entspricht der Wirkleistung von Wechselstromnetzen und besitzt die Fähigkeit mechanische Arbeit zu erbringen.

In Wechselstrom- und Drehstromsystemen besteht ein starker Zusammenhang zwischen Frequenz und Wirkleistungsbilanz sowie zwischen Spannungshöhe und Blindleistungsbilanz. Dieser Sachverhalt ist die Grundlage dafür, dass in der Praxis diese beiden Regelungen typischerweise getrennt werden. Die Wirkleistungsregelung wird als Drehzahlregelung ausgeführt. Das heißt die Drehzahl ist die Regelungsgröße (oder Führungsgröße) und hält die Erzeugung und den Verbrauch „in der Waage“ (die Summe aus Erzeugung und Verbrauch, die Wirkleistungsbilanz sollte null ergeben). Jeder Überschuss beschleunigt die rotierenden Maschinenteile (Frequenzerhöhung), jedes Defizit bremst diese (Frequenzreduktion).

Zusätzlich ist die „Stabilität“ des Inselnetzes vom Techniker zu beachten. Einerseits erlaubt es die statische Stabilität über eine bestimmte Distanz nur eine maximale Leistung in ein Netz einzuspeisen, andererseits kann die Regelung nur Laststöße einer bestimmten Größenordnung ausgleichen (dynamische Stabilität).

Zwangssynchronisation und Drehfeldrichtung 

Bei stationären Notstromaggregaten mit automatischer Umschaltung sind die Aspekte Zwangssynchronisation und Drehfeldrichtung durch die Anlagenkonfiguration berücksichtigt und nicht weiter zu beachten. Bei mobilen Aggregaten mit automatischer Umschaltung werden diese durch eine fachmännische erste Inbetriebnahme sichergestellt. Demnach sind die Zwangssynchronisation und Drehfeldrichtung nur bei Notstromaggregaten mit manueller Umschaltung und bei ungetesteten mobilen Geräten zu beachten.

Betriebsarten

Wird ein Wechsel- oder ein Drehstromaggregat an das öffentliche Netz angeschlossen, so speist das Aggregat mit einer definierten konstanten Leistung in das öffentliche Netz ein. Diese Betriebsart wird als Netzparallelbetrieb bezeichnet. Dabei wird die Drehzahl des Aggregates von der Frequenz des öffentlichen Netzes bestimmt. Die Regelung des Aggregats zielt auf die konstante Einspeisung einer festgelegten Stromstärke und damit einer annähernd konstante Leistung (abhängig von der Netzspannung) ab.

Versorgt ein Wechsel- oder ein Drehstromaggregat Verbraucher in einem Inselnetz, unabhängig von einem öffentlichen Netz, nennt man diese Betriebsart Inselbetrieb. Die Regelung des Aggregats zielt auf eine möglichst konstante Drehzahl (und damit auf eine möglichst konstante Frequenz) ab. Dies erreicht die Regelung, in dem sie versucht die Wirkleistungsbilanz im Inselnetz auf null zu halten. Die Regelung passt die erzeugte Strommenge dem aktuellen Verbrauch bestmöglich an. Die Frequenz im Inselnetz schwankt deutlich stärker als die Frequenz des öffentlichen Netzes.