Wie wird die Frequenz im Stromnetz geregelt?
Die Frequenz wird geregelt, indem Erzeugung und Verbrauch sekündlich ausgeglichen werden — dafür rufen die Übertragungsnetzbetreiber gestufte Regelleistung ab. Verbrauchst du mehr, als eingespeist wird, sinkt die Frequenz unter 50 Hz; speisen alle zu viel ein, steigt sie darüber.
Im europäischen Verbundnetz liegt die Soll-Frequenz bei 50 Hz. Sie ist kein eigener Messwert, den jemand "einstellt", sondern das direkte Abbild der Leistungsbilanz. Fehlt Einspeisung, bremsen die rotierenden Massen der Generatoren ab und die Frequenz fällt. Gibt es Überschuss, beschleunigen sie und die Frequenz steigt. Geregelt wird also nie die Frequenz selbst, sondern immer die Bilanz: Erzeugung hoch/runter, Verbrauch hoch/runter, Speicher laden/entladen.
1) Primärregelleistung (FCR): startet automatisch innerhalb von Sekunden und muss binnen 30 Sekunden voll verfügbar sein. Sie stoppt den Frequenzabfall, holt aber die 50 Hz noch nicht zurück. 2) Sekundärregelleistung (aFRR): wird vom Netzregler der Übertragungsnetzbetreiber automatisch nachgeführt und bringt die Frequenz binnen Minuten zurück auf 50 Hz — und zwar in der Regelzone, in der die Abweichung entstanden ist. 3) Minutenreserve (mFRR): wird manuell abgerufen und löst die Sekundärregelung wieder ab, damit diese für den nächsten Vorfall frei ist. Die Stufen greifen ineinander wie ein Staffellauf.
Verantwortlich für die Frequenzhaltung sind die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber; die eigentliche Leistung liefern präqualifizierte Anlagen, die sie am Regelleistungsmarkt anbieten. Das sind längst nicht mehr nur Großkraftwerke: Batteriespeicher, Biogas-BHKW, Notstromaggregate, steuerbare Industrielasten und gepoolte kleinere Anlagen (virtuelle Kraftwerke) nehmen teil. Voraussetzung ist immer die Präqualifikation — die Anlage muss nachweisen, dass sie ihre zugesagte Leistung in der geforderten Zeit und Genauigkeit erbringt, inklusive Messtechnik und Fernwirkanbindung.
Unterhalb definierter Schwellen greift ein gestufter Notfallplan: Ab 49,8 Hz wird zusätzlich Leistung mobilisiert, darunter wird in mehreren Stufen Last abgeworfen, um das Netz zu retten. Wie ernst das ist, zeigt der UCTE-System-Split vom 04.11.2006: Nach der Abschaltung einer 380-kV-Leitung über die Ems zerfiel das europäische Netz in drei unsynchrone Frequenz-Inseln. In der West-Insel fiel die Frequenz auf 49,0 Hz, rund 15 Millionen Haushalte in 9 Ländern waren dunkel; der Normalzustand war erst nach etwa 38 Minuten wiederhergestellt. Genau solche Ereignisse sind der Grund für die heutige, mehrfach abgesicherte Regelarchitektur.
Auch zu viel Erzeugung ist ein Problem. Steigt die Frequenz, müssen Anlagen ihre Wirkleistung zurücknehmen — Wechselrichter von PV-Anlagen tun das über eine frequenzabhängige Kennlinie oberhalb von 50,2 Hz automatisch. Ergänzend fahren Erzeugungsanlagen über die negative Regelleistung herunter oder Speicher nehmen Energie auf. Für dich als Anlagenbetreiber heißt das: Deine Anlage regelt bereits mit, ob du willst oder nicht. Ob sie das korrekt tut, siehst du nur, wenn Frequenz und Wirkleistung an deinem Netzanschlusspunkt tatsächlich gemessen und aufgezeichnet werden.
In der Praxis liefert der Parkregler oder das Netzanschluss-Messgerät am Übergabepunkt neben Wirkleistung, Spannung und cos φ auch die Frequenz. Genau diese Kombination brauchst du, um im Nachhinein zu belegen, warum deine Anlage zu einem Zeitpunkt weniger eingespeist hat: War es eine Frequenz- oder Spannungsreaktion der eigenen Anlage, eine Vorgabe des Netzbetreibers oder ein Defekt? Ohne mitlaufende Frequenzaufzeichnung ist diese Unterscheidung im Streitfall nicht führbar.