Download als pdf, 2,4 MB - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

2.2 Grundlegendes zur Energieversorgung
2.2 Grundlegendes zur Energieversorgung
Die Energie muss zum Verbraucher transportiert werden, wobei Erdgas, Strom und Fernwärme leitungsgebunden
geliefert werden können. Die Kennzeichen eines Netzes sind seine Transportkapazität,
also wie viel Leistung befördert werden kann, die Kosten für den Energietransport und das Betreiben
des Netzes, die Investitionskosten beim Neubau und der entfernungsspezifische Wirkungsgrad,
d.h. wie viel von der eingespeisten Energie beim Verbraucher ankommt. Ein Beispiel für den
letzten Punkt ist die Fernwärmeversorgung, bei der die Wärmeverluste ab einer bestimmten Leitungslänge
zu erheblich werden. Im Folgenden soll insbesondere auf das Stromnetz näher eingegangen
werden. Erdgas- und Fernwärmenetz werden etwas kürzer behandelt. 50
2.2.1 Stromnetz und Spannungsebenen
In Deutschland existiert ein Verbundnetz mit einer Frequenz von 50 Hertz, das außerdem seit 1995
in das westeuropäische Netz, das von Dänemark bis Süditalien und Portugal reicht, eingebunden ist.
Durch dieses sehr große Verbundnetz können unerwartete Bedarfsspitzen oder Erzeugungsausfälle
durch die Trägheit des Netzes bis zu einem gewissen Grad aufgefangen werden, ohne dass es zu
größeren Störungen der Netzfrequenz kommt. Der Stromtransport erfolgt hauptsächlich über Freiluftleitungen,
bei dem man sich die Isolationseigenschaft der Luft zu Nutze macht. Mit beispielsweise
vier 380-kV-Stromkreisen auf einem Mast werden die Stromtrassen bestmöglich genutzt. 51
Für den Transport verschieden großer elektrischer Leistungen gibt es jeweils eine Spannungsebene,
die vom Materialaufwand und den Investitionen her am Besten geeignet ist. Je größer die Leistung
ist, die übertragen werden soll, desto höher muss die Spannungsebene sein. Eine Erklärung hierfür
ist, dass die Verlustleistung so gering wie möglich gehalten werden soll. Dies wird einerseits durch
hohe Betriebsspannungen, andererseits durch einen geringen Leitungswiderstand erreicht. Mit folgendem
Zusammenhang wird dieser Sachverhalt ersichtlich:
P Verlust
= U Verlust
⋅ I = R Leitung
⋅ I 2 = R ⋅ P 2
gesamt
2
U Betrieb
Wobei die Beziehung U Verlust
= R Leitung
⋅ I gilt und P Verlust die Verlustleistung, U Verlust die
Verlustspannung, I die Stromstärke, R Leitung der Leitungswiderstand, U Betrieb die Betriebsspannung
und P gesamt die gesamte Leistung ist. 52
Für den Transport und die Übertragung gibt es ein Leitungssystem mit hohen Spannungen und einer
Ausdehnung über weite Strecken. Die Verteilnetze vor Ort beim Verbraucher weisen dagegen geringere
Spannungen auf. Die Wahl einer bestimmten Spannungsebene hängt davon ab, wie viel Leistung
über welche Strecken transportiert werden soll und wie dabei der Materialaufwand möglichst
gering gehalten werden kann. Für Deutschland gibt es dabei eine Faustregel: Wenn die Höhe der
50 Zahoransky, 2010, S. 377
51 Zahoransky, 2010, S. 380f
52 Private Mitteilung von Herrn Professor Dr. Thomas Wilhelm
15