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 nach der Stromerzeugung elektrische Energie in das Stromnetz eingespeist werden. Das bedeutet, dass der Generator zur Stromerzeugung an das Netz angeschlossen werden muss. 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 Frequenz des Stromnetzes hängt jedoch nur davon ab, ob die Wirkleistung ausgeglichen ist. Ist die vom Generator abgegebene Wirkleistung größer als die verbrauchte Wirkleistung, steigt die Gesamtfrequenz des Stromnetzes und umgekehrt.
Der Wirkleistungsausgleich ist ein zentrales Thema im Stromnetz. Da sich die Stromlast der Verbraucher ständig ändert, muss das Stromnetz stets die Stromerzeugungsleistung und den Lastausgleich sicherstellen. Ein wichtiger Zweck von Wasserkraftwerken im Stromnetz ist die Frequenzmodulation. Zur Stromerzeugung wird hauptsächlich das Großwasserkraftwerk der Drei-Schluchten-Region genutzt. Verglichen mit anderen Kraftwerkstypen bieten Wasserkraftwerke aufgrund der Frequenzmodulation wesentliche Vorteile. Die Drehzahl der Wasserturbine kann schnell angepasst werden, wodurch sich auch die Wirk- und Blindleistung des Generators schnell anpassen lässt, um die Netzlast rasch auszugleichen. Wärmekraftwerke und Kernkraftwerke hingegen regeln die Motorleistung deutlich langsamer. Solange die Wirkleistungsbilanz des Stromnetzes gut ist, ist die Spannung relativ stabil. Wasserkraftwerke leisten daher 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 wichtigsten Frequenzmodulationskraftwerke steuern können, 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 Rolle spielt 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 der Trennung vom Stromnetz 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: 17. Mai 2022
