Die Wechselstromfrequenz steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Motordrehzahl eines Wasserkraftwerks, aber sie steht in indirektem Zusammenhang.
Unabhängig von der Art der Stromerzeugungsanlage muss diese nach der Stromerzeugung Strom in das Stromnetz einspeisen, d. h. der Generator muss zur Stromerzeugung an das Netz angeschlossen werden. Nach dem Netzanschluss ist er mit dem gesamten Stromnetz verbunden, und die Frequenzen sind überall im Stromnetz identisch. Je größer das Stromnetz, desto geringer die Frequenzschwankung und desto stabiler ist die Frequenz. Die Netzfrequenz hängt jedoch nur davon ab, ob die Wirkleistung ausgeglichen ist. Ist die vom Generator erzeugte Wirkleistung größer als die Wirkleistung des Stroms, erhöht sich die Gesamtfrequenz des Stromnetzes und umgekehrt.
Der Wirkleistungsausgleich ist ein zentrales Thema des Stromnetzes. Da sich die Stromlast der Verbraucher ständig ändert, muss das Stromnetz stets die Stromerzeugungsleistung und den Lastausgleich sicherstellen. Der wichtigste Nutzen von Wasserkraftwerken im Stromnetz ist die Frequenzmodulation. Natürlich wird hauptsächlich das riesige Wasserkraftwerk der Drei-Schluchten-Region zur Stromerzeugung genutzt. Verglichen mit anderen Kraftwerkstypen bieten Wasserkraftwerke inhärente Vorteile der Frequenzmodulation. Die Wasserturbine kann ihre Drehzahl schnell anpassen, wodurch sich auch die Wirk- und Blindleistung des Generators schnell anpassen lässt, um die Netzlast rasch auszugleichen. Wärmekraftwerke und Kernkraftwerke hingegen regeln die Motorleistung viel langsamer. Solange die Wirkleistungsbilanz des Stromnetzes gut ist, ist die Spannung relativ stabil. Deshalb leisten Wasserkraftwerke einen großen Beitrag zur Frequenzstabilität des Stromnetzes.
Derzeit sind viele kleine und mittelgroße Wasserkraftwerke in China direkt an das Stromnetz angeschlossen. Das Stromnetz muss die volle Kontrolle über die wichtigsten Frequenzmodulationskraftwerke haben, um die Stabilität von Netzfrequenz und -spannung zu gewährleisten. Kurz gesagt:
1. Das Stromnetz bestimmt die Drehzahl des Motors. Heutzutage nutzen wir Synchronmotoren zur Stromerzeugung. Die Drehzahl ändert sich dabei wie im Stromnetz, also 50-mal pro Sekunde. Ein Generator in einem Wärmekraftwerk mit nur einem Elektrodenpaar dreht sich mit 3000 Umdrehungen pro Minute. Ein Generator in einem Wasserkraftwerk mit n Elektrodenpaaren dreht sich mit 3000 Umdrehungen pro Minute. Wasserturbine und Generator sind in der Regel über ein Getriebe mit fester Übersetzung miteinander verbunden. Daher wird die Drehzahl auch von der Netzfrequenz bestimmt.
2. Welche Funktion hat der Wasserregulierungsmechanismus? Er reguliert die Leistung des Generators, also die vom Generator ins Stromnetz eingespeiste Leistung. Normalerweise ist eine bestimmte Leistung erforderlich, um die Nenndrehzahl des Generators aufrechtzuerhalten. Sobald der Generator jedoch an das Stromnetz angeschlossen ist, wird seine Drehzahl durch die Netzfrequenz bestimmt. Dabei wird üblicherweise davon ausgegangen, dass die Netzfrequenz unverändert bleibt. Sobald die Leistung des Generators die zur Aufrechterhaltung der Nenndrehzahl erforderliche Leistung übersteigt, speist der Generator Strom ins Netz ein und nimmt umgekehrt Strom auf. Wenn der Motor unter hoher Last Strom erzeugt, steigt seine Drehzahl nach dem Trennen vom Motor schnell von der Nenndrehzahl auf ein Vielfaches an, was zu Flugunfällen führen kann!
3. Die vom Generator erzeugte Leistung wirkt sich wiederum auf die Netzfrequenz aus. Aufgrund der relativ hohen Regelungsrate werden Wasserkraftwerke üblicherweise als Frequenzmodulationseinheiten verwendet.
Veröffentlichungszeit: 20. Oktober 2021
