Notstromversorgung für Tankstellen - Teil 2

Bei der „Problemstellung Notstromversorgung“ wird typischerweise zwischen den folgenden drei Anforderungen unterschieden:

• Unterbrechungsfreie Stromversorgung (Rechenzentren etc.);
• Stromversorgung mit Unterbrechung unter 15 Sekunden (Tankstellen etc.);
• Stromversorgung mit Unterbrechung über drei Stunden (z. B. beim Einsatz von Mietaggregaten).

Grundsätzlich gibt es mehrere technische Möglichkeiten, um sich gegen einen Stromausfall abzusichern. Zur Wahl stehen Notstromanlagen, Blockheizkraftwerke sowie statische bzw. dynamische unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen. Die folgenden strukturellen Maßnahmen sollten bei der Planung und Ausführung einer elektrischen Anlage bzw. bei einer Erneuerung jedenfalls berücksichtigt werden, da sie den Betrieb der elektrischen Anlage deutlich zuverlässiger machen: 

• Aufteilung in kritische (notstromversorgte Schaltkreise) und normale Lasten (nicht-notstromversorgte Schaltkreise) durchführen;
• Selektivität der Schutzeinrichtungen sicherstellen;
• Alle Aspekte einer Notstromanlage einplanen (Abgas, Geräusch, Aufstellungsort nahe am elektrischen Lastschwerpunkt);
• Wartung und Instandhaltung sicherstellen.

Bei größeren Anlagen bzw. bei großem Schadenspotenzial sowie bei Anlagen mit unterbrechungsfreier Stromversorgung kommt dazu, dass diese Anlagen nicht im Freien stehen sollen, die Netzanspeisung über zwei Umspannwerke erfolgen sollte und eine Notfall-Leitstelle einzuplanen ist.

Kenndaten für ein Standardaggregat sind:

• Dauerscheinleistung: 20.0 kVA,
• Dauerwirkleistung: 16.0 kW, 
• Notscheinleistung: 22.0 kVA,
• Notwirkleistung: 17.6 kW.

Die Dauerwirkleistung (PRP - PRime Power) ist die Maximalleistung (bei variabler Last) für eine unbegrenzte Anzahl von Betriebsstunden. 10 Prozent Überlast sind nur kurzzeitig - einmal innerhalb von zwölf Stunden - zulässig. Im 24-Stunden-Betrieb ist die Dauerleistung, je nach Motorhersteller auf 60 bis 80 Prozent der PRP Leistung begrenzt. Eine typische Anwendung ist der Einsatz zur Stromversorgung im Inselbetrieb.

Die Notwirkleistung (LTP - Limited Time running Power) ist die zeitlich begrenzte Maximalleistung, die ein Aggregat innerhalb einer begrenzten Stundenanzahl pro Jahr abgeben kann und hängt von den Vorgaben des Motorherstellers ab. Zusätzlich ist die durchschnittliche Verbraucherleistung im 24-Stunden-Betrieb je nach Motor auf 65 bis 85 Prozent der Leistung begrenzt. Eine typische Anwendung ist der Einsatz als stationäres Notstromaggregat im Kurzzeitbetrieb über Stunden oder Tage. Weitere Kenngrößen für ein Standardaggregat sind

• Zylinder: 4,
• Drehzahl: 1.500 U/min,
• Hubraum: 2,25 l,
• Standardtank: 50 l,
• Kraftstoffverbrauch 100 % (Notwirkleistung): 6.1 l/h,
• Kraftstoffverbrauch 100 % (Dauerwirkleistung): 5.3 l/h,
• Kraftstoffverbrauch 75 % (Dauerwirkleistung): 4.0 l/h,
• Kraftstoffverbrauch 50 % (Dauerwirkleistung): 2.9 l/h,
• Breite: 800 mm,
• Länge: 1.700 mm,
• Höhe: 1.400 mm,
• Gewicht: 700 kg,
• Schalldruckpegel 7 m: 65.0 Dba,
• Abgastemperatur: 450 °C,
• Kühlerluft: 30 m³/min,
• Verbrennungsluft: 1.5 m³/min,
• Abgasmenge: 3.5 m³/min,
• Leistungsfaktor: cos ? 0.8,
• Frequenz: 50 Hz,
• Nennspannung: 400 V,
• Nennstrom 29 A.

Die Anschaffungskosten für ein 20kVA Aggregat liegen bei etwa 8.000 bis 9.000 Euro. Bei der Aufstellung ist zwischen einer mobilen und einer stationären Installation zu unterscheiden. Ein mobiles Notstromaggregat bietet den Vorteil, dass es dort eingesetzt werden kann, wo es benötigt wird, und an keinen Ort gebunden ist.

Stationäre Aufstellung

Bei der stationären Aufstellung eines Notstromaggregates in einem Maschinenraum sind, neben der Lieferung, Montage und Inbetriebnahme, folgende Installationen bzw. Einrichtungen notwendig:

• Netz-Not-Umschaltschrank mit automatischer Umschaltung;
• Abluftventilator, Wetterschutzgitter;
• Abgasleitung (max. 10 m);
• Kabelsatz (ca. 30 m).

Die Kosten für eine stationäre Aufstellung betragen je Tankstelle etwa 10.000 bis 15.000 Euro. Diese Kosten variieren abhängig von den baulichen Voraussetzungen. Darüber hinaus können sich bei der Adaptierung einer bestehenden Tankanlage aufgrund der erforderlichen Trennung der Schaltkreise in notstromversorgte und nicht notstromversorgte Schaltkreise im Einzelfall erhebliche Zusatzkosten ergeben.

Wird ein stationäres Aggregat fix installiert, so ist je nach Landesbauordnung eine behördliche Genehmigung erforderlich. Wird allerdings ein mobiles Gerät außerhalb des Gebäudes an einem Einspeisepunkt angeschlossen, entfällt diese Genehmigungspflicht. Bei einem stationären Aggregat wird ein stationärer Tank benötigt, der aus zumindest zwei Teiltanks bestehen sollte. So kann ein Teiltank geleert werden, und der zweite steht für Notfälle zur Verfügung. Dadurch können die Lagermengen an Kraftstoff relativ einfach koordiniert und der Überalterung des Kraftstoffes begegnet werden (Dieselpest). Stationäre Aggregate müssen regelmäßig gewartet und gestartet werden, wodurch laufende Kosten entstehen.

Kraftstoff-Nachschublogistik für Notstromaggregate

Für eine längerdauernde Notstromversorgung bedarf es einer umfangreichen Nachschublogistik für Kraftstoffe. Dazu sind in einer ersten Stufe vor allem die über Österreich verteilten Kraftstoff-Tanklager als Versorgungsbasis heranzuziehen. Eine Auslieferung aus diesen wäre bei einem Blackout wiederum nur durch den Einsatz von Notstromaggregaten möglich. Schließlich müssen auch die Tanklager mit Strom versorgt werden, um die Steuerung,- Mess- und Regeltechnik sowie die Pumpen zu betreiben.

Ist die Stromversorgung ausgefallen und soll ein mobiles Drehstromaggregat an die Anlage angeschlossen werden, ist beim Anschluss die Drehfeldrichtung des Drehstromsystems zu beachten. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die fachmännische Synchronisation eines Inselnetzes nach Wiederherstellung der öffentlichen Stromversorgung an das öffentliche Netz. Erfolgen diese Schritte händisch, so erfordern sie eine Person, die eine einschlägige fachliche Ausbildung (Schaltberechtigung) besitzt.

Ein Spezialfall liegt vor, wenn mit einem (vorab getesteten) eigenen mobilen Notstromaggregat über den eigenen (vorbereiteten und getesteten) Einspeisepunkt eine Verbrauchergruppe versorgt werden soll und die Rücksynchronisation automatisch erfolgt. In diesem Fall wird das Aggregat händisch angesteckt und gestartet, alle weiteren Schritte erfolgen automatisch. Da alle Geräte bereits aufeinander abgestimmt sind und es keine Entscheidungsfreiräume gibt, ist in diesem Fall keine Einschulung des Durchführenden notwendig.

Bei stationären Anlagen mit automatischer Netzfreischaltung und automatischer Rücksynchronisation sind die genannten Punkte bereits bei der technischen Umsetzung gelöst und stellen in der Praxis keine Anforderungen an das Personal vor Ort (siehe Beispiel oben). Beim Zuschalten von Lasten ist zu beachten, dass größere Verbraucher, die auf das Notstromaggregat geschalten werden, einen Laststoß verursachen. In der Praxis sollte ein Laststoß unter 25 Prozent Nennleistung des Aggregats liegen.

Beim Inselbetrieb eines Notstromaggregates steht die Frequenzregelung im Vordergrund. Die dafür relevante Führungsgröße ist die Drehzahl des Aggregates. Im Netz-Parallelbetrieb ist die relevante Regelgröße der Generatorstrom. Deshalb ist ein Probebetrieb im Netz-Parallelbetrieb nicht aussagekräftig, ob ein Notstromaggregat im Inselbetrieb stabil und zuverlässig betrieben werden kann. Nur das Wegschalten der Netzspannung und der Betrieb des Aggregats im Inselbetrieb kann den Beweis der Funktionsfähigkeit erbringen.

In der Praxis haben sich Dieselaggregate für Notstromversorgungen mit Stromunterbrechung unter 15 Sekunden bewährt, da sie

• lange Notstromversorgungszeiten (Nachtanken) sicherstellen,
• eine Drehmomentcharakteristik aufweisen, die die Übernahme eines Laststoßes unterstützt,
• ein geringer Wartungsaufwand (keine Zündanlage) speziell bei Drehzahlen bis 1.500 U/min gewährleisten und
• der Flammpunkt von Diesel 56°C beträgt (nicht leicht entzündlich).

Da die Anlagen nur ausnahmsweise betrieben werden, stellen die Nachteile wie die Emissionen von Abgasen und Lärm meist kein Problem dar. Der gezielte Verbrauch von Teilen des Kraftstoffes (geteilter Tank) verhindert die Dieselpest (das Auftreten von Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilze im Kraftstoff mit Bildung von Bioschlamm; Anm.).

Netzausfall

Ablauf der Notstromautomatik bei Netzausfall:

• Netzausfall;
• Reaktionsverzögerung (ein bis zwei Sekunden, um einen Aggregatstart bei einer Kurzunterbrechung zu vermeiden);
• Aggregatstart (nach sechs bis zehn Sekunden);
• Lastübernahme (Netzschalter AUS, Generatorschalter EIN).

Netzwiederkehr

Ablauf der Notstromautomatik bei Netzrückkehr:

• Netzrückkehr;
• Reaktionsverzögerung (eine bis drei Minuten, um zu kontrollieren, ob die Netzstabilität gegeben ist);
• Manuelle Rückschaltung (Generatorschalter AUS, Netzschalter EIN) bzw. Rücksynchronisation (Automatik - Netzschalter EIN, Generatorschalter AUS);
• Aggregatkühllauf (zwei bis fünf Minuten zur thermischen Schonung des Aggregats).

Um die Funktion des Notstromaggregates sicherzustellen, sollte dieses idealerweise monatlich, zumindest jedoch einmal pro Quartal, für mindestens eine Stunde betrieben werden. Das ist auch sinnvoll, um einer Überalterung des Kraftstoffes vorzubeugen.