Zwischen der Wechselstromfrequenz und der Motordrehzahl des Wasserkraftwerks besteht kein direkter Zusammenhang, wohl aber ein indirekter.
Unabhängig vom Typ der Stromerzeugungsanlage muss der erzeugte Strom ins Netz eingespeist werden, d. h. der Generator muss an das Netz angeschlossen sein. Je größer das Stromnetz, desto geringer die Frequenzschwankungen und desto stabiler die Frequenz. Die Netzfrequenz hängt ausschließlich vom Gleichgewicht der Wirkleistung ab. Ist die vom Generator abgegebene Wirkleistung höher als die im Netz vorhandene Wirkleistung, steigt die Gesamtfrequenz des Stromnetzes. Umgekehrt gilt: Ist die Wirkleistung niedriger, …
Der Wirkleistungsausgleich ist ein zentrales Thema im Stromnetz. Da der Stromverbrauch der Verbraucher ständig schwankt, muss das Stromnetz stets ein Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Last gewährleisten. Die wichtigste Aufgabe von Wasserkraftwerken im Stromnetz ist die Frequenzregelung. Hauptzweck von Großwasserkraftwerken ist die Stromerzeugung. Im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen bieten Wasserkraftwerke entscheidende Vorteile bei der Frequenzregelung. Die Wasserturbine kann ihre Drehzahl schnell anpassen und somit auch die Wirk- und Blindleistung des Generators, um die Netzlast schnell auszugleichen. Thermische Kraftwerke, Kernkraftwerke usw. reagieren hingegen deutlich langsamer auf diese Anpassungen. Solange die Wirkleistung im Netz ausgeglichen ist, ist die Spannung relativ stabil. Daher leisten Wasserkraftwerke einen bedeutenden Beitrag zur Netzfrequenzstabilität.
Derzeit sind viele kleine und mittelgroße Wasserkraftwerke im Land direkt an das Stromnetz angeschlossen, und das Stromnetz muss die Hauptfrequenzmodulierungsanlagen vollständig kontrollieren, um die Stabilität von Frequenz und Spannung im Stromnetz zu gewährleisten. Vereinfacht gesagt:
1. Die Drehzahl des Motors wird vom Stromnetz bestimmt. Heutzutage werden Synchronmotoren zur Stromerzeugung eingesetzt, deren Drehzahl der Netzfrequenz von 50 Schwingungen pro Sekunde entspricht. Bei einem Generator in einem Wärmekraftwerk mit nur einem Elektrodenpaar beträgt die Drehzahl 3000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem Wasserkraftgenerator mit n Elektrodenpaaren beträgt sie 3000/n Umdrehungen pro Minute. Wasserrad und Generator sind in der Regel über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis verbunden, sodass die Drehzahl auch von der Netzfrequenz abhängt.
2. Welche Funktion hat der Wasserregulierungsmechanismus? Er reguliert die Generatorleistung, also die vom Generator ins Netz eingespeiste Leistung. Normalerweise benötigt der Generator eine bestimmte Leistung, um seine Nenndrehzahl zu halten. Sobald er jedoch ans Netz angeschlossen ist, wird seine Drehzahl durch die Netzfrequenz bestimmt, die üblicherweise als konstant angenommen wird. Übersteigt die Leistung des Generators die zur Aufrechterhaltung der Nenndrehzahl erforderliche Leistung, speist er Leistung ins Netz ein und nimmt umgekehrt Leistung auf. Wird der Motor unter hoher Last vom Zug getrennt, schnellt seine Drehzahl daher sprunghaft um ein Vielfaches über die Nenndrehzahl hinaus, was leicht zu einem Geschwindigkeitsunfall führen kann!
3. Die vom Generator erzeugte Leistung beeinflusst wiederum die Frequenz des Netzes, und die Wasserkraftanlage wird aufgrund der relativ hohen Regelgüte üblicherweise als Frequenzmodulator eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 25. Februar 2022
