Die Wechselstromfrequenz steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Motordrehzahl des Wasserkraftwerks, aber in einem indirekten.
Unabhängig vom Typ der Stromerzeugungsanlage muss der erzeugte Strom in das Stromnetz eingespeist werden, d. h. der Generator muss zur Stromerzeugung an das Netz angeschlossen werden. Nach dem Anschluss ist er mit dem gesamten Stromnetz verbunden, und die Frequenzen sind im gesamten Netz identisch. Je größer das Stromnetz, desto geringer die Frequenzschwankungen und desto stabiler die Frequenz. Die Netzfrequenz hängt jedoch ausschließlich vom Gleichgewicht der Wirkleistung ab. Ist die vom Generator erzeugte Wirkleistung höher als die Wirkleistung des Stromnetzes, steigt die Gesamtfrequenz des Stromnetzes und umgekehrt.
Der Wirkleistungsausgleich ist ein zentrales Thema im Stromnetz. Da der Strombedarf der Verbraucher ständig schwankt, muss das Stromnetz stets ein Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Last gewährleisten. Die wichtigste Funktion von Wasserkraftwerken im Stromnetz ist die Frequenzmodulation. Das riesige Drei-Schluchten-Kraftwerk dient natürlich hauptsächlich der Stromerzeugung. Im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen bieten Wasserkraftwerke inhärente Vorteile bei der Frequenzmodulation. Die Wasserturbine kann ihre Drehzahl schnell anpassen und damit auch die Wirk- und Blindleistung des Generators, um die Netzlast schnell auszugleichen. Thermische Kraftwerke und Kernkraftwerke hingegen passen die Motorleistung deutlich langsamer an. Solange der Wirkleistungsausgleich im Stromnetz gut ist, ist die Spannung relativ stabil. Daher leisten Wasserkraftwerke einen wichtigen Beitrag zur Frequenzstabilität des Stromnetzes.
Derzeit sind viele kleine und mittelgroße Wasserkraftwerke in China direkt an das Stromnetz angeschlossen. Das Stromnetz muss die Hauptfrequenzmodulationskraftwerke uneingeschränkt steuern können, um die Stabilität von Netzfrequenz und -spannung zu gewährleisten. Vereinfacht gesagt:
1. Das Stromnetz bestimmt die Drehzahl des Motors. Heutzutage werden Synchronmotoren zur Stromerzeugung eingesetzt, deren Drehzahländerungsrate der des Stromnetzes entspricht, also 50 Mal pro Sekunde. Ein Generator in einem Wärmekraftwerk mit nur einem Elektrodenpaar dreht sich 3000 Mal pro Minute. Ein Generator in einem Wasserkraftwerk mit n Elektrodenpaaren dreht sich 3000/N Mal pro Minute. Wasserturbine und Generator sind in der Regel über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis miteinander verbunden, sodass ihre Drehzahl ebenfalls von der Netzfrequenz abhängt.
2. Welche Rolle spielt der Wasserregulierungsmechanismus? Er passt die Generatorleistung an, also die vom Generator ins Stromnetz eingespeiste Leistung. Normalerweise ist eine bestimmte Leistung erforderlich, um den Generator auf Nenndrehzahl zu halten. Sobald der Generator jedoch an das Stromnetz angeschlossen ist, wird seine Drehzahl durch die Netzfrequenz bestimmt. Dabei wird üblicherweise angenommen, dass die Netzfrequenz konstant bleibt. Sobald die Leistung des Generators die zur Aufrechterhaltung der Nenndrehzahl erforderliche Leistung übersteigt, speist der Generator Leistung ins Netz ein und nimmt umgekehrt Leistung auf. Wenn der Motor unter hoher Last Leistung erzeugt und vom Netz getrennt wird, kann seine Drehzahl daher sprunghaft um ein Vielfaches von der Nenndrehzahl ansteigen, was zu Überhitzungsunfällen führen kann!
3. Die vom Generator erzeugte Leistung beeinflusst wiederum die Netzfrequenz, und Wasserkraftanlagen werden aufgrund der relativ hohen Regelgüte üblicherweise als Frequenzmodulationsanlagen eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 20. Oktober 2021
