Stefan R.

Was ist die Kurzschlussleistung? Die Kurzschlussleistung (MVA) gibt an, wieviel Strom im Fehlerfall an einer Stelle maximal einspeisen kann, ist sie hoch wird das Netz "steif", die Netzspannung bleibt beispielsweise beim Einschalten hoher Lasten recht nahe dem Nennwert. Ist sie niedrig fällt die Spannung stärker ab, das Netz wird im allgemeinen anfälliger für Störungen. Für die Spannungsqualität gibt es die Norm EN50160. Auf die Autowelt übersetzt: Hier entspräche die Kurzschlussleistung dem maximalen Kaltstartstrom. Auch eine gealterte Starterbatterie liefert geladen noch ihre 12,4 - 12,6V, doch sie schafft es nicht mehr durch den höheren Innenwiderstand einen hohen Strom bereitzustellen. Das Ergebnis hat jeder vielleicht schon einmal erlebt: youtube.com/watch?v=ZcH5Zb… Woher kommt jetzt die Kurzschlussleistung physikalisch? Ein klassischer, großer Synchrongenerator ist eine gewaltige elektrische Maschine mit einer massiven Kupferwicklung großen Querschnitts, der Widerstand - die elektrische "Bremse" - ist relativ klein. Gemäß dem Lenz'schen Gesetz wird der Magnetismus (der Rotor, das drehende Teil, ist ein Elektromagnet) augenblicklich, d.h. ohne Verzögerung bei einer Relativbewegung zwischen Magneten und Spule (Wicklung) zur Elektrizitätserzeugung genutzt. Da das Magnetfeld nicht gleich verschwinden kann, wird im Fehlerfall ein höherer Strom geliefert der unter anderem nur durch den Innenwiderstand des Generators begrenzt wird. Als mechanischer Speicher steht die Rotationsenergie des Läufers zur Verfügung - bei großen KKW oft über 850t die mit "Schleuderdrehzahl" (1.500 U/min) rotieren. Da die Maschine eine hohe thermische Trägheit besitzt, können Schutzmechanismen erst spät eingreifen. Bei einer Synchronmaschine beträgt der Kurzschlussstrom das 6 bis 15 fache des Nennstroms. Der Kurzschlussstrom ist wichtig für das Einhalten der Selektivität im Netzschutz, d.h. nur die mit dem Fehler beaufschlagten Elemente werden rasch vom Rest getrennt, nähert sich der Betriebsstrom dem Kurzschlussstrom sinkt die Detektierbarkeit dieser Fehler, es vergeht zu viel Zeit. Übergeordneter Schutz schaltet jetzt größere Bereiche ab. ========================================= Häufig wird jetzt nach "Grid forming" (Netzbildung) bei Wechselrichtern gerufen - doch die Physik der Halbleiter begrenzt hier den Kurzschlussstrom auf das 2 fache des Nennstroms. Das digitale Plagiat kann die Hardware der Elektromechanik nicht nachbilden - Grund: Die thermische Masse der Leistungshalbleiter ist recht bescheiden, die Schicht (Sperrschicht) ist sehr dünn und erreicht binnen Mikrosekunden die Grenze von 150 - 175°C. Die Kurzschlussleistung müsste dann in diesem Fall von rotierenden Phasenschiebern bereitgestellt werden, mechanisch "leer laufende" Synchronmaschinen welche diese benötigte Eigenschaft physikalisch nachbilden, doch das Ganze hat einen kleinen Preis: Der Standby-Verbrauch liegt bei ca. 0,7 - 1% der Nennleistung, soll noch Blindleistung zur Verfügung gestellt werden kann der Wert auch auf 1,5% ansteigen. Während der Turbosatz im Kraftwerk Geld verdient, erzeugt der Ansatz der Nachbildung Kosten beim Netzbetreiber. Moderne, nichtlineare Verbraucher (Schaltnetzteile, Umrichter und Ladegeräte) erhöhen den Bedarf an Kurzschlussleistung im Netz, Oberwellen werden dadurch gedämpft (Tiefpassverhalten). Durch die sinkende Spannungsqualität werden einige Betriebsmittel wie Transformatoren stärker beansprucht, zwar dämpfen die dazwischenliegenden Transformatoren Oberschwingungen höherer Ordnung - die der dreifachen Ordnung werden über die Dreieck-Schaltung physikalisch eliminiert - aber die Oberschwingungen niedriger Ordnung gelangen in die höheren Netzebenen. Durch die verminderte Kurzschlussleistung verändert sich auch die Impedanz des Gesamtnetzes und es wird anfälliger für Resonanzeffekte und bräuchte wieder Regelmechanismen zum Ausgleich. Fazit: Elektronik und gesonderte Elektromaschinen müssen zusätzlich installiert werden, das wird die Netzentgelte zusätzlich erhöhen.

Was soll gespeichert werden? Ein paar kWh für die Nacht im EFH? (Habe schon Speicher gebaut, siehe Anhang) Das geht mit Batterien, ja. Den Fossilteil der Energiewende wegzuspeichern geht praktisch nicht, hier sind Batteriespeicher um Größenordnungen zu teuer - Größenordnungen! Beispiel: Eine Dunkelflaute Ende Dez. 2024 - VEE sind ausgefallen und die Lücke zur Deckung der Netzlast betrug 5,5 TWh. "Nur 5,5!!!" Ja - aber TWh. Jetzt rechnen wir einmal: 5,5 TWh = 5.500 GWh =5.500.000 MWh = 5.500.000.000 kWh Zum Vergleich - die vier Pylontech US5000 haben in Summe 19,2 kWh. 5.500.000.000 kWh/19,2 kWh = 286.458.333,3 Stück (!) von diesen Batteriestapeln wären notwendig um eine (!) Dunkelflaute zu überbrücken. "Aber es gibt doch auch Großspeicher!" Ja - unten ist einer zu sehen, im Lkr. Wunsiedel mit 200 MWh. Davon wären dann 27.500 (!) Stück notwendig. Wunsiedel kostete 110 Mio. €, bei 200 MWh macht das dann 550€/kWh. "Warum ist das so teuer - die Zellen kosten doch unter 100€/kWh?" Ja, die Zellpreise sind nur ein kleiner Teil des Ganzen. Das BatteriespeicherSYSTEM besteht aus mehreren Komponenten von denen die Meisten bereits technisch skaliert sind: -Netzanschluss (hier 110 kV) -Umspanner 110/20 kV -20 kV Verteilung mitsamt Schaltanlagen - Umspanner 20/0,4 kV -0,4 kV Verteilung -Wechselrichter/Inverter -Speichercontainer bestehend aus: -Batteriezellen (hier fand der Preisverfall statt!) -Batteriemodulen + BMS -Temperierung/Klimatisierung -evtl. Brandmelde- + Löscheinrichtung -Grundstück -Zufahrt -Umzäunung usw. Von diesen Dingen wird praktisch nichts mehr billiger - wenn diese Speicher großtechnisch mal bei 200€/kWh ankommen wäre viel gewonnen und dennoch nichts erreicht - die oben genannten 5,5 TWh sind viel zu wenig für die intersaisonale Speicherung. Ruhnau & Qvist gehen sogar von 55 TWh aus - dem Zehnfachen des oben genannten Beispiels, der Dunkelflaute vom Ende Dez. 2024. Selbst wenn Batteriespeicher nur die Zellpreise darstellen würden (50 €/kWh) wäre das für die intersaisonale Speicherung dann: 55 TWh = 55.000 GWh = 55.000.000 MWh = 55.000.000.000 kWh 55.000.000.000 kWh x 50 €/kWh = 2.750.000.000.000€ oder in Worten: Zwei Billionen siebenhundertfünfzig Milliarden - Zellpreis, wohlgemerkt. Technische Lebensdauer max. 20 Jahre. Pro Jahr dann zu erneuern (1/20tel): 137.500.000.000€ - bei einem Bundeshaushalt von 502,3 Mrd. € (2025) - absolut, absolut utopische Zahlen! Eine Langzeitspeicherung mittels Batterien ist daher nicht möglich! Bleibt nur der grüne Wasserstoff, doch der steckt nach einer 15 jährigen Erprobungsphase praktisch in den Kinderschuhen. Es findet sich kein Investor dafür Anlagen zu bauen die dann wetterstromabhängig zum max. 30% der Zeit funktionieren. Siehe das Scheitern fast aller H2-Projekte hier im Umfeld wie das an der Heide-Raffinerie wo mit Offshore-Windstrom (den EE-Anlagen mit dem höchsten Kapazitätsfaktor!) an einem günstigen Standort H2 hergestellt werden sollte. moz.de/lokales/schwed… Es mag sicherlich weitere Projekte geben wo das versucht wird und der ein oder andere Durchbruch erreicht werden kann - aber auch hier fehlt wieder das Ganze drumherum. Es benötigt dann eine komplette zweite Infrastruktur dafür - mit Elektrolyseuren, Kavernenspeichern, Pipelines mit Verdichtern + Druckregelstationen und H2-fähigen Kraftwerken! Alleine ein Baulos an Kavernenspeichern benötigt rund ein Jahrzehnt in der Errichtung, es geht auch praktisch nicht schneller da diese aus entsprechenden Steinsalzformationen mittels Wasser herausgelöst werden - einmal das Ulmer Münster (vom Volumen her) durch eine Bohrung auflösen die so groß ist wie ein Kanalrohr einer Anwohnerstraße. Und beim gasförmigen speichern schlägt dann die Thermodynamik voll zu. Aus der allgemeinen Gasgleichung pV=mRT folgt: p = Druck V = Volumen m = Masse R = spezifische Gaskonstante (eigentlich RS, macht die Gleichen aber "unschön" T = Temperatur mit den Stoffdaten Erdgas R = 500 J/kgK (schwankt je nach Herkunft) Wasserstoff R = 4124 J/kgK Das volumetrische Speichervolumen in den Kavernen ist bedeutend größer beim Wasserstoff im Vergleich zum Erdgas - der Heizwert pro m³ liegt nur bei einem Drittel im Vergleich zu dem des Erdgases! Alleine die Errichtung der Speicherkavernen gleichzeitig bestehend zum Erdgassystem (brauchen wir ja für die Erdgaskraftwerke und den Rest!) dürfte locker 50 Jahre in Anspruch nehmen! Extremszenarien wie das Jahr ohne Sommer (1815) sind in den Langzeitspeicherbetrachtungen nicht enthalten! Bedingt durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik bleibt der Prozesswirkungsgrad der Wasserstoffverstromung immer schlecht - er liegt bei 20 - 25%. Der Strom daraus kostet alleine schon physikalisch das 4 bis 5-fache der Einspeisevergütung - beim Transport per Derivat (Ammoniak) läge er beim 6-fachen der Gestehungskosten. Und da sind wir wieder beim Knackpunkt oben - diese Hürden sind für eine Gesellschaft nicht überwindbar, daher wird die Energiewende so auch nicht kopiert, kopiert im Sinne von der Adaption auf 100% VEE zu gehen. VEE werden daher nur als Brennstoffsparer angesehen - um damit tief zu dekarbonisieren wäre als Backup Geothermie (haben wir nicht) oder Wasserkraft im großen Umfang (haben wir auch nicht) notwendig. Die allgemein geringe Leistungs- bzw. Energiedichte der VEE und Batteriespeicher hat einen sehr hohen Materialbedarf zur Folge der dem Ganzen alleine durch die Verfügbarkeit von Kupfer, Grafit, Lithium usw. schon einen Strich durch die Rechnung zieht. Simon Michaux hat dies analysiert: (Estimation of the quantitiy of metals to phase out fossil fuels in a full system replacement, compared to mineral resources) Er hat hier die Welt auf dem Stand von 2018 analysiert mit der Annahme der Defossilisierung durch weitgehende Elektrifizierung: Erzeugungsprofil im Strombereich: KKW: 7,5% Hydro: 13,36% Wind: 38,33% Solar PV: 34,50% Solartherm.: 3,38% Geotherm.: 0,74% Biolog. Abfälle: 1,74% Pkw: 695 Mio mit dann 1.190 TWh Bedarf Speicherbedarf nach 4 Szenarien mit Batterien: 6 h 26 TWh Larson et al. 2021 48 h 226 TWh Steinke et al. 2012 28 d 2.878 TWh Droste-Frankre 2015 12 w 8.634 TWh Ruhnau & Qvist 2021 Die gelobten (und auch von mir gerne verwendeten) LFP-Zellen sind eigensicherer als NMC Zellen und kommen ohne Kobalt aus, benötigen aber 50% mehr Kupfer (geringere Energiedichte). Kupferbedarf (t) 6 h 52.983.535 48 h 466.255.110 28 d 5.934.155.945 (Mrd. t sic!) 12 w 17.802.467.835 Kuper-Reserven: 880Mt (Mio. t. sic!) Kupfer-Ressourcen: 2.100 Mt Grafitbedarf (t): 6 h 106.928.085 48 h 940.967.150 28 d 11.318.092.642 12 w 35.927.836.652 Grafit-Reserven: 290 Mt Grafit-Ressourcen: 800 Mt Wie viele Jahre des Abbaus bei aktueller Förderung (vgl. mit dem Jahr 2019) wären dazu notwendig? Kupfer: 6 h 11,7 48 h 28,8 28 d 254,8 12 w 745,2 (Siebenhundertfünfundvierzig Jahre sic!) Grafit: 6 h 96,2 48 h 401,7 28 d 4203,9 12 w 13220,7 (Dreizehntausendzweinhundertzwanzig Jahre sic!) Die Werte zeigen dass das völlig utopische Vorhaben die Volatilität von PV und WKA mittels Batterien zu kompensieren schlicht an ihrer geringen Energiedichte scheitern wird. Es ist alles eben ein Kompromiss - wo können Vorteile genutzt und Nachteile akzeptiert werden. Sorry, falls ich Leuten vor den Kopf stoße - aber als MINT'ler gebe ich in der Sache nicht nach, dazu ist das Thema zu wichtig als das es vom gesellschaftlichen Wunschdenken in falsche Richtungen gelenkt werden soll.

Was ist die Kurzschlussleistung? Die Kurzschlussleistung (MVA) gibt an, wieviel Strom im Fehlerfall an einer Stelle maximal einspeisen kann, ist sie hoch wird das Netz "steif", die Netzspannung bleibt beispielsweise beim Einschalten hoher Lasten recht nahe dem Nennwert. Ist sie niedrig fällt die Spannung stärker ab, das Netz wird im allgemeinen anfälliger für Störungen. Für die Spannungsqualität gibt es die Norm EN50160. Auf die Autowelt übersetzt: Hier entspräche die Kurzschlussleistung dem maximalen Kaltstartstrom. Auch eine gealterte Starterbatterie liefert geladen noch ihre 12,4 - 12,6V, doch sie schafft es nicht mehr durch den höheren Innenwiderstand einen hohen Strom bereitzustellen. Das Ergebnis hat jeder vielleicht schon einmal erlebt: youtube.com/watch?v=ZcH5Zb… Woher kommt jetzt die Kurzschlussleistung physikalisch? Ein klassischer, großer Synchrongenerator ist eine gewaltige elektrische Maschine mit einer massiven Kupferwicklung großen Querschnitts, der Widerstand - die elektrische "Bremse" - ist relativ klein. Gemäß dem Lenz'schen Gesetz wird der Magnetismus (der Rotor, das drehende Teil, ist ein Elektromagnet) augenblicklich, d.h. ohne Verzögerung bei einer Relativbewegung zwischen Magneten und Spule (Wicklung) zur Elektrizitätserzeugung genutzt. Da das Magnetfeld nicht gleich verschwinden kann, wird im Fehlerfall ein höherer Strom geliefert der unter anderem nur durch den Innenwiderstand des Generators begrenzt wird. Als mechanischer Speicher steht die Rotationsenergie des Läufers zur Verfügung - bei großen KKW oft über 850t die mit "Schleuderdrehzahl" (1.500 U/min) rotieren. Da die Maschine eine hohe thermische Trägheit besitzt, können Schutzmechanismen erst spät eingreifen. Bei einer Synchronmaschine beträgt der Kurzschlussstrom das 6 bis 15 fache des Nennstroms. Der Kurzschlussstrom ist wichtig für das Einhalten der Selektivität im Netzschutz, d.h. nur die mit dem Fehler beaufschlagten Elemente werden rasch vom Rest getrennt, nähert sich der Betriebsstrom dem Kurzschlussstrom sinkt die Detektierbarkeit dieser Fehler, es vergeht zu viel Zeit. Übergeordneter Schutz schaltet jetzt größere Bereiche ab. ========================================= Häufig wird jetzt nach "Grid forming" (Netzbildung) bei Wechselrichtern gerufen - doch die Physik der Halbleiter begrenzt hier den Kurzschlussstrom auf das 2 fache des Nennstroms. Das digitale Plagiat kann die Hardware der Elektromechanik nicht nachbilden - Grund: Die thermische Masse der Leistungshalbleiter ist recht bescheiden, die Schicht (Sperrschicht) ist sehr dünn und erreicht binnen Mikrosekunden die Grenze von 150 - 175°C. Die Kurzschlussleistung müsste dann in diesem Fall von rotierenden Phasenschiebern bereitgestellt werden, mechanisch "leer laufende" Synchronmaschinen welche diese benötigte Eigenschaft physikalisch nachbilden, doch das Ganze hat einen kleinen Preis: Der Standby-Verbrauch liegt bei ca. 0,7 - 1% der Nennleistung, soll noch Blindleistung zur Verfügung gestellt werden kann der Wert auch auf 1,5% ansteigen. Während der Turbosatz im Kraftwerk Geld verdient, erzeugt der Ansatz der Nachbildung Kosten beim Netzbetreiber. Moderne, nichtlineare Verbraucher (Schaltnetzteile, Umrichter und Ladegeräte) erhöhen den Bedarf an Kurzschlussleistung im Netz, Oberwellen werden dadurch gedämpft (Tiefpassverhalten). Durch die sinkende Spannungsqualität werden einige Betriebsmittel wie Transformatoren stärker beansprucht, zwar dämpfen die dazwischenliegenden Transformatoren Oberschwingungen höherer Ordnung - die der dreifachen Ordnung werden über die Dreieck-Schaltung physikalisch eliminiert - aber die Oberschwingungen niedriger Ordnung gelangen in die höheren Netzebenen. Durch die verminderte Kurzschlussleistung verändert sich auch die Impedanz des Gesamtnetzes und es wird anfälliger für Resonanzeffekte und bräuchte wieder Regelmechanismen zum Ausgleich. Fazit: Elektronik und gesonderte Elektromaschinen müssen zusätzlich installiert werden, das wird die Netzentgelte zusätzlich erhöhen.

@OhNoNotYouAgai3 @dieter_bohme Die Produktion folgt nie dem Verbrauch sondern den Marktpreisen oder eben der kostlosen Erzeugung. Die Anpassung des Verbrauchs an die Erzeugung und umgekehrt folgt ebenso Marktregeln. Dies zu gewährleisten ist Aufgabe der Regelzonenführer und die machen dies - ohne Blackout!

Humanity nearly ended in 536 AD, when the sky turned a permanent shade of bruised violet. This was not a solar eclipse or a passing storm, but a global catastrophe that lasted over a year. Contemporary historians in the Eastern Roman Empire watched in terror as the sun lost its luster. It provided the illumination of a pale moon, failing to cast shadows even at midday. In the Mediterranean basin, the warmth simply vanished. The climate shifted so violently that the usual rhythms of life, trade, and survival ceased to function. Reports from China detailed snow falling in August, destroying the grain harvests and leading to widespread famine. The social order of the northern hemisphere began to fracture under the cold. For centuries, the cause of this atmospheric shield remained a deep mystery to modern scholars. They saw the collapse of the Dark Ages but could not find the physical culprit. Recent analysis of ice cores from glaciers has finally identified a massive volcanic eruption in Iceland as the source. Millions of tons of sulfur ash were injected into the stratosphere. This debris formed an impenetrable layer that reflected sunlight away from the earth for a decade. The cold weakened the human immune system, preparing the world for even greater horror. When the Justinian Plague arrived in 541, it found a population already decimated by hunger and lack of vitamin D. Nearly half of the Roman population perished in the following years. We often assume our civilization is permanent, yet a single geological event almost triggered a total human reset. The ice preserves the record of a world that almost stopped breathing. © Reddit #drthehistories