Kategorien

Die Sache mit dem Bier – oder was genau sind Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung?

ee-technik-admin / Montag, der 9. März 2015

Blindleistung, Wirkleistung und Scheinleistung sind Begriffe aus der Elektrotechnik und beziehen sich in einem elektrischen Energieversorgungsnetz auf die Energie, die vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen wird.

 

Dabei versteht man unter Wirkleistung die Energie, die tatsächlich wirkt und in eine andere Energieform, wie Bewegungsenergie, Wärme oder Licht umgewandelt werden kann. Nimmt man das beliebte Beispiel eines Bierglas inklusive Schaumkrone, entspricht die Wirkenergie, also die eigentliche Leistung, dem Bier ohne Schaumkrone. Diese Wirkenergie wird dann in Promille umgewandelt. Die Wirkleistung ist also die Leistung, die tatsächlich verbraucht wird und mit der die Wirkarbeit verrichtet wird.

 

Die Blindleistung ist die Leistung, die benötigt wird um Magnetfelder in Transformatoren, Generatoren und Elektromotoren aufzubauen oder Kondensatoren zu laden. Diese Blindenergie steckt sozusagen in den Transformatoren und Kondensatoren und wird benötigt, um die Wirkleistung zu übertragen. Man kann sagen, dass die Blindleistung im Allgemeinen nicht erwünscht ist, da sie sich nicht in Energie/Leistung umwandeln lässt (wie beispielsweise Bewegung, Wärme oder wie in unserem obigen Bier-Beispiel in Promille) und das Netz zusätzlich belastet. Am Beispiel des Bieres mit Schaumkrone erläutert entspricht die Schaumkrone der Blindleistung. Trotz allem ist die Blindleistung physikalisch notwendig, um überhaupt Wirkleistung im Wechselstrom System zu übertragen.

 

Die Scheinleistung entsteht nun aus beidem, der Wirkleistung und der Blindleistung und entspricht in unserem Beispiel dem kompletten Bier.

Allerdings hat die Sache noch einen Haken, denn man kann Wirkleistung und Blindleistung nicht einfach so addieren. Die Scheinleistung entspricht nämlich der geometrischen Summe aus Wirkleistung und Blindleistung: Das heißt, man zieht die Wurzel aus der Summe von Wirkleistung zum Quadrat plus Blindleistung zum Quadrat. Dann hat man die Scheinleistung errechnet.

 

Warum das Ganze so kompliziert ist

Was die Sache kompliziert und für Laien schwer verständlich macht ist, dass eine ganz normale Berechnung der Energie/Leistung bei Wechselstrom nicht funktioniert.

 

Die verwendeten Spulen und Transformtoren rufen einen sogenannten „Induktiven Anteil“ beim Verbraucher hervor. Der Strom fließt also erst etwas später als die eigentliche Spannung anliegt (das liegt an bestimmten Eigenschaften, die Spulen haben). In der Elektrotechnik spricht man davon, dass der Strom der Spannung „nacheilt“. Hat der Verbraucher aber einen durch Kondensatoren hervorgerufenen „kapazitiven Anteil“ kann sich Spannung erst langsam aufbauen, wenn schon Strom geflossen ist. Hier spricht man in der Elektrotechnik von: der Strom eilt der Spannung vor.

 

Beim rein „ohmschen“ Verbraucher (dem ohne induktiven oder kapazitiven Anteil) sind Spannung und Strom stets „in Phase“. Wenn es also keine Verschiebung gibt und der Strom „in Phase“ mit der Spannung ist, ergibt sich aus der Multiplikation von Spannung mal Strom die eigentliche Wirkleistung. Und nur sie wird gezählt und muss bezahlt werden.

 

Allerdings ist ein „ohmscher“ Verbraucher eher selten und Misch-Verbraucher die Regel. Und dann ergibt die Rechnung Spannung mal Strom – wie eben an unserem Bier-Beispiel erläutert – die sogenannte Scheinleistung die sich aus Wirkleistung und Blindleistung zusammensetzt.

 

Blindleistung – Belastung für das Netz

 

Für Erzeuger von erneuerbaren Energien kann das zu Schwierigkeiten führen,

da alle Technologien, die unregelmäßig ins Netz einspeisen dieses belasten.

Wird zu viel Energie ins Netz eingespeist erhöht sich die Spannung und die Frequenz. Zur Netzregelung wird bei den konventionellen Energieerzeugern aus Reserven induktive Blindleistung eingespeist um die erhöhte Spannung zu regulieren.

 

Mit der Energiewende wächst der Energieanteil, der aus den erneuerbaren Energien Wind, Sonne, Biomasse, eingespeist wird. Dabei erweist sich weniger die tatsächliche Leistung, also die Wirkleistung, als problematisch, sondern die Blindleistung. Eine Möglichkeit die Netzbelastung auszugleichen ist es,

die Netzsteuerung von der oberen Ebene auf die Ebene der dezentralen Erzeugungseinheiten, wie beispielsweise der Windparks im Nieder- oder Mittelspannungsnetz, zu verlagern.

 

An der richtigen Stelle geregelt – Dezentrales Einspeisemanagement

Um den Wirk- und Blindleistungshaushalt der dezentralen Erzeugungsanlagen entsprechend zu steuern und zu regeln, setzt man heute schon sogenannte EZA-Regler ein um die Wirk- und Blindleistung am zugewiesenen Netzverknüpfungspunkt gemäß EEG 2014 zu regeln. Durch den permanenten Soll/Ist-Abgleich direkt am Netzverknüpfungspunkt läuft eine Erzeugungsanlage dann durchgängig in einem wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt. Die Reduktion der Wirkleistung passiert direkt am NVP. Eventuelle Verluste, zum Beispiel wenn eine Anlage witterungsbedingt vom Netz gehen muss, werden so ausgeregelt.

 

Die Energie wird mit Hilfe eines EZA-Reglers besser ausgenutzt, wobei nur soviel Leistung reduziert wird wie nötig. Im Falle einer Wirkleistungsreduzierung durch den Netzbetreiber, wird bei einer reinen Steuerung, diese Reduzierung exakt auf alle angeschlossenen Erzeugungseinheiten verteilt.

Das gilt auch für virtuelle Kraftwerke der Direktvermarkter. Sie steuern ihr Portfolio ebenfalls über eine Schnittstelle zum EZA-Regler. Das soll ein Aufschwingen unterschiedlicher Regler vermeiden und damit unerwünschte Spannungsschwankungen verhindern. Wenn mehrere Regler auf einen Netzknoten regeln, kann es nämlich zum sogenannten Aufschwingen der Regler kommen und damit zu Spannungsschwankungen im Netz. Das betrifft besonders die Regelung der Blindleistung, da diese direkten Einfluss auf die Spannung hat.S

Diesen Artikel teilen: