18. NOVEMBER 2018

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Neue Aufgaben für Biblis-Generator


Technik

Phasenschieber - Durch Atomausstieg und volatile Erneuerbare gestaltet sich die Spannungshaltung schwieriger. Die Generatoren der abgeschalteten AKW können hier helfen, wie Amprion zeigen konnte.

Gut ein Jahr ist der deutsche Ausstieg aus der Kernenergie jetzt alt. Seit dem Sommer 2011 sind acht der Kraftwerke vom Netz, schwerpunktmäßig im verbrauchsstarken Süden. Seitdem fallen sie für eine wichtige Netzdienstleistung aus: Die Generatoren der Anlagen wurden als Wirk- und Blindleistungserzeuger eingesetzt. Kraftwerksgeneratoren sind Synchronmaschinen, die durch eine Turbine angetrieben werden und Wirk- und Blindleistung abgeben. Ganz allgemein verbrauchen Anlagen wie etwa Motoren Blindleistung, wenn sie mit Hilfe von Strom ein magnetisches (induktive Verbraucher) oder elektrisches Feld (kapazitive Verbraucher) aufbauen.

Viel Blindleistung verstopft die Leitungen für die Wirkleistung, also den Teil, mit dem sich der Strom in Wärme, Licht oder mechanische Leistung umwandeln lässt. Der entgegengesetzt ausgerichtete Blindstrom von kapazitiven und induktiven Erzeugern ermöglicht aber eine Blindleistungskompensation, da sich die Ströme gegenseitig aufheben. Das sollte möglichst dort geschehen, wo ein Bedarf dafür besteht, damit das Netz nicht zu sehr belastet wird.

Die Spannungshaltung im deutschen Stromnetz wird durch die Einspeisung schwankender erneuerbarer Energien und die Abschaltung von Kernkraftwerken vor allem im Süden Deutschlands anspruchsvoller. Insbesondere im Herbst und Winter kann es zu Störungen kommen. Dies hatte die Bundesnetzagentur (BNetzA) 2011 in ihrem Bericht zu den Auswirkungen des Atomkraftausstieges auf Übertragungsnetze und Versorgungssicherheit deutlich gemacht.

Als eine mögliche Maßnahme, um die Spannungshaltung im Netz zu gewährleisten, sieht der Bericht den Einsatz von Kraftwerksgeneratoren aus den stillgelegten Kernkraftwerken im Phasenschieberbetrieb. Die Generatoren müssen dafür zum Synchronmotor umgerüstet werden. Der wird im Leerlauf betrieben und seine einzige Aufgabe besteht darin, in einer Situation kapazitive und in einer anderen Situation induktive Blindleistung bereitzustellen.

Daher setzte der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) Amprion gemeinsam mit RWE Power ein ehrgeiziges Projekt um: Sie rüsteten mit Hilfe des Herstellers Siemens den Generator von Block A im nicht nuklearen Teil des AKW Biblis zum Phasenschieber um und trennten ihn von der Turbine. »Der Phasenschieber erleichtert es unseren Ingenieuren, die Systemsicherheit im Amprion-Netz auch in schwierigen Netzsituationen aufrechtzuerhalten«, so Klaus Kleinekorte, Technischer Geschäftsführer Amprion. Er kann in einem Bereich von -400Mvar (untererregt) bis +900Mvar (übererregt) Blindleistung bereitstellen, berichtet Martin Lösing, Projektleiter bei Amprion.

»Übererregt läuft der Phasenschieber zu Netzstarklastzeiten, zum Beispiel werktags über Tag. Er erzeugt dann induktive Blindleistung für das Netz und wirkt für das Netz wie ein großer regelbarer Kondensator.« Nachts und am Wochenende zu Schwachlastzeiten laufe der Phasenschieber auch zeitweise untererregt und nehme Blindleistung aus dem Netz auf. »Er wirkt für das Netz dann wie eine große regelbare Drossel.« Bei Spannungseinbrüchen stütze er sofort und automatisch die Netzspannung. »Das Projekt war das erste seiner Art. Ein derartiger Umbau wurde weltweit noch nie durchgeführt«, so Marcel Lipthal, Projektleiter von Siemens. »Das führte dazu, dass sich das Projektteam immer wieder neuen technischen und organisatorischen Anforderungen und Herausforderungen ausgesetzt sah.«

Ein Punkt sei der hohe terminliche Zeitdruck gewesen, da der Umbau bereits im Februar 2012 fertig sein sollte. »In diesem Monat wurden die größten Netzinstabilitäten erwartet, denen man durch den Phasenschieber schnellstmöglich entgegenwirken wollte. Daher mussten alle Engineering-Aufgaben in einem Drittel der üblichen Zeitspanne absolviert werden.« Von Kundenanfrage und Projektstart im Juli 2011 bis zur Fertigstellung im Februar habe nicht einmal ein Jahr gelegen.

Synchronisation mit dem Netz

Wegen der Trennung der Synchronmaschine von der Turbine mussten ein zusätzliches Axiallager am Ende der Synchronmaschinenwelle und ein ölgetriebener Hydromotor eingebaut werden. »Dieser Hydromotor dreht den Läufer der Synchronmaschine auf rund 180 Umdrehungen pro Minute. Ab da übernimmt ein Anfahrumrichter das weitere Anfahren der antriebslosen Maschine bis zur Synchronisierung mit dem 380-kV-Netz«, so Lösing.

Eine der Herausforderungen sei gewesen, den statischen Anfahrumrichter so aufzubauen und auszulegen, dass der Synchronmotor ohne Antrieb der abgetrennten Turbine auf die Nenndrehzahl von 1.500U/min gebracht wird. »Erst dann kann man die 1.500-MVA-Synchronmaschine mit unserem 380-kV-Netz mit einem speziellen Verfahren synchronisieren.« Dies sei das erste Mal, dass ein Turbogenerator dieser Größe mit Erregersatz mittels Anfahrumrichter hochgeschleppt werden musste, ergänzt Lipthal. »Die Synchronisation erfolgt nicht bei konstanter Drehzahl, sondern im Rücklauf, das heißt mit abnehmender Drehzahl.«

Auch die Leittechnik- und Maschinenschutzeinstellungen musste man wegen des Motorbetriebes umstellen. Die Umrüstung ab Oktober hat zu einem großen Teil das Personal des Kraftwerks durchgeführt. Amprion investierte rund 7Mio.€. Eine Vereinbarung zwischen RWE und dem ÜNB sieht zunächst eine Laufzeit bis Ende 2013 vor. »Der Betrieb in den ersten Wochen war störungsfrei und sehr effektiv für das Netz«, so Lösing. »Zeitweise wurde schon der gesamte Bereich der verfügbaren Blindleistungskompensation des Phasenschiebers genutzt.«

www.amprion.de,
www.siemens.de

Ausgabe:
es 03/2012
Bilder:

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