Stochastické výpadky (až po úplné odstavení) v konvekčních elektrárnách
a jejich vliv na jejich použitelnost
STOCHASTISCHE AUSFÄLLE (BIS ZUM BLACKOUT) IN KONVENTIONELLEN KRAFTWERKEN UND IHR EINFLUSS AUF DIE VERFÜGBARKEIT
Doc. Dr.-Ing. Klaus Koppe, DrSc.
dlouholetého pedagoga TU Drážd‘any,Německo (D)
hostující profesor 2008/09 na VŠB-TU Ostrava (CZ)
Abstrakt
Energetická politika je zaměřena na zajištění funkčního trhu s energiemi, zajištění zásobování energiemi a ochranou klimatu. Bezpečnost spolehlivých a kontinuálních dodávek energie se zdá být vážně ohroženo, zejména proto, že velká část energie je dodávána z "nespolehlivých" zemí a kapacity pro alternativní zajištění a zpracování energie nejsou dostatečně vybudovány (problémy se zajištěním zdrojů) a ještě k tomu přispívá, že výpadky mohou způsobit technická a lidská selhání, stejně jako atmosférické vlivy (změna klimatu). Také kriminalita, terorismus nebo násilné konflikty mohou způsobit výpadky proudu. Posuzování rizika, příčiny a rozsah stochastických výpadků jejich následků v konvekčních energetických zařízeních (včetně zařízení pro OZE a KGJ) je provedeno ohlédnutí do minulosti. Poruchy v jaderných elektrárnách nejsou v příspěvku posuzovány.
Abstrakt
Die Energiepolitik zielt auf die Gewährleistung eines funktionierenden Energiebinnenmarktes, die Sicherung der Energieversorgung und den Schutz des Klimas. Die Sicherheit einer verlässlichen und kontinuierlichen Belieferung mit Energie wird aber zum einen als bedroht angesehen, wenn große Teile der Energie aus „unsicheren“ Ländern importiert und die Gewinnungs-, Verarbeitungs- und Verteilungskapazitäten nicht hinreichend ausgebaut wurden (Ressourcenprobleme) und zum anderen, wenn technisches und menschliches Versagen sowie Witterungseinflüsse („Klimawandel“) eine Unterbrechung hervorrufen. Auch Kriminalität, Terrorismus oder gewalttätige Konflikte können die Stromversorgung lahmlegen (Anschläge, Erpressung). Nach einem historischen Rückblick werden Risiken, Ursachen und Umfang stochastischer Ausfälle und deren Folgemaßnahmen in konventionellen Energieerzeugungsanlagen (inklusive Anlagen für erneuerbare Energien und Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung) betrachtet. Störungen in Kernkraftwerken sind nicht Gegenstand des Beitrages.
Klíčová slova: výpadek, Energie, nespolehlivost,výpadek proudu, disponibilita, poruchy
v zásobování
Kennwörter: Blackout, Energie, Gefahrenpotential, Stromausfall, Verfügbarkeit, Versorgungsstörung
1 Úvod / Einleitung
Ob Kühlschrank, Internet, Computer, Handy oder Ampel – ohne Strom geht in unserer modernen Gesellschaft gar nichts. Nicht umsonst wird bei einem Stromausfall auch von einem “Blackout” gesprochen. Doch was passiert, wenn der Totalausfall nicht Minuten oder Stunden, sondern Tage oder gar Wochen andauert?
Die großen Stromausfälle der Vergangenheit zeigen die Abhängigkeit moderner Gesellschaften von elektrischer Energie. Stromausfälle versetzen oft ganze Regionen mit Millionen von Menschen in den Ausnahmezustand.
Technisches oder menschliches Versagen kann zu Steuerungsproblemen und grenzüberschreitenden Stromausfällen führen. Auch Kriminalität, Terrorismus oder gewalttätige Konflikte können die Stromversorgung lahmlegen (Anschläge, Erpressung). Schließlich können Ressourcenprobleme (Energieträger, Personal, Qualifikation, Leitungs- oder Kraftwerksengpässe) oder der Klimawandel (Hitze, Stürme, Hochwasser, Schnee und Eis) gravierende Stromausfälle verursachen. Bei einem länger andauernden Stromausfall fallen nach und nach alle kritischen Infrastruktursysteme aus. Ein flächendeckender, tage- oder wochenlanger Stromausfall ist deshalb ein Schlüsselszenario.
Der Begriff Versorgungssicherheit ist im Zusammenhang mit dem lang andauernden Stromausfall in den USA im Jahr 2003 (siehe Tabulka/Tabelle 4) in den Blickpunkt der Öffentlichkeit geraten. Hier führte eine Ansammlung von unterschiedlichsten Faktoren zum Ausfall der Stromversorgung. Dies hatte einerseits klimatologische (Trockenheit) und wirtschaftliche (hohe Gaspreise) Ursachen und andererseits lag es an der in den USA vorherrschenden niedrigen Vermaschung des Netzes. Aber auch Europa (Italien, England, Schweden, Norwegen) war betroffen. Diese Vorkommnisse unterstreichen die Bedeutung einer funktionierenden Energieversorgung. Derartige Ausfälle schädigen den Wirtschaftsstandort und verursachen enorme Kosten.
2 Historie / Historie
In der Frühzeit des Dampfmaschinenbaus um 1800 kam es wegen Konstruktions- und Materialmängeln zu zahlreichen Unfällen mit mehreren Hundert Schwerverletzten und Toten (Tabulka/Tabelle 1 a/und 2; Obrázek/Bild 1 do/bis 8).
Tabulka/Tabelle 1: Anzahl der Dampfkesselexplosionen im Deutschen Reich in den Jahren 1877/1878 bis 1900 [5], [8]
Tabulka/Tabelle 2: Anzahl der Dampfkesselexplosionen und deren Ursachen
im Deutschen Reich in den Jahren 1877 bis 1882[8]
Die „Kraft“ der Watt´schen Dampfmaschine veränderte allmählich die Technik. Fabrikbesitzer verlangten nach immer mehr Leistung. Dampfmaschinen mit hohem Dampfdruck wurden gebaut. Die Risiken stiegen. Dampfkesselexplosionen und das Bersten der großen Schwungräder der Dampfmaschinen waren „neuartige“ bislang unbekannte Schäden. 1788 erfindet Watt den Fliehkraft-Drehzahlregler und setzt damit den Grundstein für die Entwicklung der Leittechnik von Dampfkraftwerken. Nur zwei Jahre später, 1790, will er die Verhinderung von Kesselexplosionen nicht ausschließlich der Aufmerksamkeit des Heizers überlassen und rüstet die Dampfkessel mit Sicherheitsventilen aus. In England verloren zwischen 1800 und 1870 bei 1.600 Kesselexplosionen 5.000 Menschen ihr Leben.
Obrázek/Bild 1: Dampfkesselexplosion im Deutschen Reich 1877 – 1905 [5]
Während des Jahres 1907 haben sich beispielsweise im Deutschen Reich an insgesamt 16 Dampfkesseln Unfälle ereignet.
Die Zahl der Kesselexplosionen konnte in der Folgezeit aber beträchtlich vermindert werden. Die Berechnungsmethoden und die Werkstoffe wurden verbessert. Die Fertigung, die Montage und die Inbetriebnahme überwachten zunehmend unabhängige Fachleute. 1859 wurde dazu in England die Steam Boiler Assurance Companie gegründet, 1866 entstand in den USA die Hartford Steam Boiler Inspection & Insurance Company und am 06.01.1866 wurde der erste Dampfkessel-Über-wachungsverein in Deutschland ins Leben gerufen.
Obrázek 2/Bild 2: Dampfkesselexplosion am 04.11.1881 im Walzwerk Eschweiler (Deutschland) Lithographie des Bayerischen Dampfkessel-Revisionsvereins
Obrázek/Bild 3:
Schwere Dampfkesselexplosion im Großkraftwerk Franken in Nürnberg, 1917
Obrázek/Bild 4:
Dampfkesselexplosion im Ignaz-Schacht in Marienberg, 1906
Obrázek/Bild 5:
Dampfkesselexplosion auf dem „Otto Schacht“ bei Meuselwitz, 03.09.1904
Obrázek/Bild 6:
Dampfkesselexplosion in der Zuckerfabrik Ottersleben bei Magdeburg (undatiert)
Obrázek/Bild 7:
Dampfkesselexplosion in der Brauerei Schwetzingen (Baden-Württemberg) in der Nacht zum 01.09.1902
Obrázek/Bild 8:
Explosion eines Lokomobil-Kessels in Großbritannien (etwa 1850)
3 Rizika a rozsah poruch / Risiken und Umfang von Störungen
Da jedes technische System mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ausfallen kann, sind stochastische Störungen unvermeidlich. Kritisch sind dabei Großstörungen. Störungsbedingte Ausfälle haben maßgeblichen Einfluss auf den Bedarf an Sekundärregel- und Minutenreserve.Störungen können sowohl sofortige Totalabschaltungen als auch eine Leistungsbeschränkung (Teilausfall) erzwingen.
Die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) haben die Aufgabe, das Leistungsgleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -abnahme in der Regelzone ständig aufrecht zu erhalten. Zur Wahrnehmung dieser Aufgabe benötigen die ÜNB Regelleistung in verschiedenen Qualitäten (Primärregelleistung-, Sekundärregelleistung sowie Minutenreserveleistung), die sich hinsichtlich des Abrufprinzips und ihrer zeitlichen Aktivierung unterscheiden. So erfolgt die Aktivierung der Primärregelung innerhalb von 30 Sekunden (der abzudeckende Zeitraum beträgt pro Störung 0 < t < 15 min), die Aktivierung der Sekundärregelung innerhalb von 5 Minuten (abzudeckender Zeitraum pro Störung 30 s < t < 15 min) und die Minutenreserve (Tertiärregelung) hat einen Zeitraum pro Störung von t < 15 min bis 1 Stunde bzw. bis zu mehreren Stunden bei mehreren Störungen abzudecken. Die Grafik Obrázek/Bild 9 zeigt den zeitlichen Ablauf des Einsatzes von Regelenergie. Dabei ist die Frequenzhaltung (das zulässige Frequenzband liegt zwischen 49,5 und 50,5 Hz) oder Stabilität der Netzfrequenz eine Anforderung an eine qualitativ hochwertige Versorgung mit elektrischer Energie.
Obrázek/Bild 9: Einteilung der Regelleistung
Der ÜNB ist verpflichtet, für die rasche Wiederherstellung des Systembetriebs nach Großstörungen zu sorgen. Er muss dafür in Zusammenarbeit mit benachbarten ÜNB und Kraftwerksbetreibern entsprechende Konzepte entwickeln.
Aufgrund seines stochastischen Charakters lässt sich das Ausfallverhalten der Kraftwerke nur über statistische Kenngrößen beschreiben. In einem Gutachten der Technischen Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber (VGB) [14] wurde in Auswertung der Verfügbarkeitsstatistik für Kraftwerke mit einer Einspeiseleistung > 100 MW für den Zeitraum der Jahre 1996 bis 2005 die Zahl der durchschnittlichen jährlichen Ausfälle, getrennt nach Voll- und Teilausfällen, ermittelt. Es wurden Daten von insgesamt 370 Kraftwerksanlagen mit einer Leistung von 161.257 MW erfasst und ausgewertet (Tabulka/Tabelle 3). Die Daten repräsentieren den Stand der Technik [6].
Tabulka/Tabelle 3: Ausfallhäufigkeiten von Kraftwerken in Deutschland [6], [14]
|
Kraftwerkstyp
|
Häufigkeit
Totalausfall
in 1/a
|
Häufigkeit
Teilausfall
in 1/a
|
Relative Leistungseinschränkung bei Teilausfall in %
|
|
Kernkraft
|
1,1
|
1,2
|
27
|
|
Steinkohle
|
6,6
|
4,2
|
32
|
|
Braunkohle
|
4,5
|
1,7
|
37
|
|
Öl/Gas
|
3,9
|
1,1
|
50
|
|
Gas- und Dampfturbine
|
12,1
|
7,3
|
32
|
|
Gasturbinen
|
2,5
|
0,3
|
50
|
Die Unterbrechungshäufigkeit (1/a) ist die durchschnittliche Anzahl von Unterbrechungen pro Netzkunde und pro Jahr
Jede Kilowattstunde, die engpassbedingt nicht geliefert werden kann, verursacht volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von rd. 8 – 16 € (internationale Studien gehen von durchschnittlich 10 € aus). Der volkswirtschaftliche Schaden für eine Stunde Stromausfall in Österreich wird beispielsweise mit etwa 50 Millionen € beziffert [13]. Ein europäisches Kraftwerk erreicht unter Umständen einen Versicherungswert von einer Milliarde € pro Block. Eine Dampferzeugerexplosion verursacht durchaus 100 bis 200 Millionen € Sachschaden, hinzu kommen noch die Kosten der Betriebsunterbrechungen.
4 Příčiny výpadků / Ursachen von Blackouts
Blackouts werden meist durch eine unglückliche Verkettung mehrerer Ursachen hervorgerufen. Derartige Vorfälle schädigen den Wirtschaftsstandort und verursachen enorme Kosten. Mit zunehmender Komplexität technischer Systeme steigen auch deren Fehlermöglichkeiten.
Die Versorgung mit Elektroenergie wird in der Regel in vier Bereiche geteilt:
• Energieaufbringung (Kraftwerk oder Stromhandel),
• (überregionale) Energieübertragung,
• (regionale) Energieverteilung und
• Stromverkauf (an den Endkunden).
Durch die Störung einer Komponente in der Übertragungskette (Obrázek/Bild 10) ist die Energieversorgung nicht mehr gesichert. Die Liberalisierung der Energiemärkte führte dazu, dass in der Stromwirtschaft die Erzeugung, die Netze zum Stromtransport und die Versorgung rechtlich und organisatorisch (funktionell) voneinander getrennt wurden. Die einzelnen Segmente können aber nicht isoliert betrachtet werden. Sie sind aus physikalischen Gründen eng miteinander verbunden und voneinander abhängig. Bei vielen Stromausfällen spielen Wetterbedingungen eine tragende Rolle. In Quebec (Kanada) beispielsweise lösten 1998 Schneestürme den verheerendsten Blackout der Geschichte aus: 33 Tage war die Versorgung der Bevölkerung unterbrochen (siehe Tabulka/Tabelle 4). Wetterbedingungen bleiben daher ein Risikofaktor und nie kontrollierbar.
Obrázek/Bild 10: Umfang von Versorgungsstörungen [7]
Obrázek/Bild 11: Energiesysteme
Schäden an Fernwärmerohren können sich zum einen aus Material- oder Montagefehlern entwickeln, die eine Durchfeuchtung der Wärmedämmung und dadurch zu einer Korrosion des Stahlmediumrohrs sowie zur Erhöhung des Wärmeverlustes führen (Systemschäden). Zum anderen besteht die Gefahr, dass durch Tiefbauarbeiten (besonders im innerstädtischen Bereich und in Neubaugebieten) oder durch andere äußere Einwirkungen zu einer Beschädigung des Kunststoffmantels und damit zum Eintritt von Feuchte und Schmutz in das Rohr kommt (Fremdschäden) [10].
Tabulka 4 / Tabelle 4: Große historische stochastische Ausfälle (Auswahl) [11], [12]
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Datum
|
Land/Ort
|
Ursache
|
Auswirkungen
|
|
09.11.1965
|
Nordosten USA
und weite Teile Kanadas
|
Defektes Stromrelais (Blackout)
|
30 Millionen Menschen waren betroffen
|
|
13.+14.07.
1977
|
New York City
und Landkreis Westchester
|
Blitzschlag
|
|
|
19.12.1978
|
Frankreich
|
(Blackout)
|
Mehr als 80 % des Landes ohne Strom!
|
|
23.03. 1987
|
Kraftwerk Zolling bei München
|
schwere Kesselexplosion
|
Außenhaut des Kraftwerks
beschädigt und Betonfundament aus seiner Verankerung gerissen;
2 Mitarbeiter kamen ums Leben.
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Dezember 1995
|
Norden Kaliforniens und Süden Oregons / USA
|
Schwere Stürme
|
2 Millionen Menschen waren
betroffen
|
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05.01.1998
|
Kanada
|
Hunderte von Hochspannungs-masten und zigtausende hölzerner Strommasten brachen zusammen,
die Belastung der Leiterseile durch einen 55 bis 60 Millimeter starken Eismantel hat alle diesbezüglichen Sicherheitsreserven übertroffen
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Noch zwei Wochen später waren von den anfangs betroffenen
750.000 Haushalten noch immer 240.000 ohne Strom
|
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29.07.1999
|
Taiwan
|
326 Übertragungsmasten umgestürzt
|
Versorgungsunterbrechung für
8,5 Millionen Verbraucher
|
|
27.12.1999
|
Frankreich
|
Orkan
|
3,4 Millionen Menschen betroffen
|
|
02.01.2001
|
New Delhi sowie weite Teile Nordindiens
|
…..
|
200 Millionen Menschen betroffen
|
|
14.08.2003
|
Nordosten USA
und weite Teile Kanadas
|
Jahrzehnte alte Netze mit schlechter Wartung, veralterte Schutz- und Leittechnik, hohe Last, Störung in einem Generator (Blackout)
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Großflächiger Stromausfall (61.800 MW), 50 bis 60 Millionen Menschen betroffen, 42 Stunden Blackout, volkswirtschaftlicher Schaden: 4,8 Milliarden Dollar (geschätzt)
|
|
28.08.2003
|
England
|
Hochspannungsleitung
unterdimensionierte
Schutzeinrichtung (Blackout)
|
Großflächiger Stromausfall (724 MW); 1 Millionen Menschen und etwa 60 % des U-Bahn-Netzes
in London betroffen
|
|
19.09.2003
|
USA, Kanada
|
Orkan
|
Versorgungsunterbrechung für
4,3 Millionen Verbraucher
|
|
24.09.2003
|
Südschweden
und Dänemark
|
Schaltfehler (Blackout)
|
Großflächiger Stromausfall (3.000 MW in S und 1.850 MW in DK); 3,8 Millionen Menschen betroffen
|
|
27.+28.09.
2003
|
Italien
|
Unwetter in der Schweiz, Überlastung der Leitungen, Italien wurde vom Europäischen Netzwerk getrennt (Blackout)
|
Großflächiger Stromausfall
(28 GW); 57 Millionen Menschen mehrere Stunden ohne Strom
|
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06.10.2003
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Athen (Griechenland)
|
Wahrscheinlich ungewöhnlich hohe Luftfeuchtigkeit (Blackout)
|
Etwa 1/3 des Großraumes Athen betroffen
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Okt. 2003
|
Deutschland
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Fehlerhafte 110kV-Leitung, Probleme bei einem Spannungswandler,
Kurzschluss verursachte Brand in Trafostation
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Produktionsstillstände
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18.08.2004
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Insel Java
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(Blackout)
|
100 Millionen Menschen betroffen
|
|
04.09.2004
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USA/Florida
|
Orkan (Blackout)
|
5 Millionen Menschen betroffen
|
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25.05.2005
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Russland/Moskau
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Rebellen bekennen sich zum
Anschlag (Terror)
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22.06.2005
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Schweiz
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Automatische Abschaltung einer 132-kV-Leitung im Bahnstromnetz infolge Überlast
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Gesamtes Eisenbahnnetz ausgefallen (200.000 Pendler stecken in rund 1.500 Zügen fest)
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29.08.2005
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USA
|
Orkan
|
Versorgungsunterbrechung
|
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25.11.2005
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Deutschland/Münsterland
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82 Hochspannungsmasten unterschiedlichster Bauart und verschiedenen Alters gaben wegen außergewöhnlich hoher Schneelasten nach. Die Maste wurden bis zum 14fachen der Bemessungslast beansprucht!
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250.000 Menschen waren ohne Strom, einige von ihnen bis zu
50 Stunden lang,
volkswirtschaftlicher Schaden:
100 Millionen EURO (geschätzt)
(siehe Obrázek/Bild 13)
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27.03.2006
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Deutschland
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Tornado über Hamburg
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300.000 Menschen waren mehrere Stunden ohne Strom
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20.05.2006
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Tschechien
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Hagelsturm führt zum Umknicken der 380-kV-Leitung Hradec-Etzenricht
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2 km Leitung zerstört
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25.07.2006
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Tschechien
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Anhaltende Sommerhitze führt zur Überlastung des Übertragungsnetzes
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Größter Stromausfall des Landes seit 30 Jahren! Energienotstand wird ausgerufen!
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14.08.2006
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Japan
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Ausleger eines Schiffskrans berührt 235-kV-Leitung
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1,39 Millionen Haushalte in Tokio für 3 Stunden ohne Strom
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24.09.2006
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Pakistan
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Kurzschluss an einer 500-kV-Hauptleitung während Wartungsarbeiten
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Größter Stromausfall in der Geschichte des Landes für mehrere Stunden
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26.04.2007
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Kolumbien
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Störfall in einem Umspannwerk in Bogotá
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Größter Stromausfall in ganz
Kolumbien (31 von 32 Regionen betroffen)
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03.11.2008
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Frankreich
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Defekt in zwei 400-kV-Leitungen, hervorgerufen durch Gewitter
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1,5 Millionen Menschen waren betroffen
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22.12.2008
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USA/Tennessee
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Unfall: Austritt von Asche
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Etwa 4 Milliarden Liter Asche zerstörten 12 Häuser und überdeckten 160 Hektar Ackerland
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11.11.2009
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Brasilien
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ein heftiges Gewitter, das Stromleitungen zerstörte und zu einer Panne im Wasserkraftwerk Itaipu an der Grenze zu Paraguay führte
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Bis zu 60 Millionen - mehr als ein Drittel der Bevölkerung - waren betroffen
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07.02.2010
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USA/Connecticut
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Im Bau befindliche Anlage: Test einer Gasleitung (siehe Obrázek/Bild 12)
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5 Menschen getötet, über 20
Personen leicht verletzt
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Praktisch ist es nicht möglich, alle denkbaren Situationen eines möglichen stochastischen Ausfalls vorauszuplanen. Es lassen sich aber durchaus adäquate Vorbereitungen treffen. Alle Ereignisse, menschlicher, technischer oder natürlicher Herkunft, die zu Ausfällen geführt haben, müssen analysiert werden. Dazu ist die Ereigniskette zu rekonstruieren.
Obrázek/Bild 12:
Gasexplosion in einem noch im Bau befindlichen Gasturbinen-Kraftwerk (620 MW/Testphase)
im US-Bundesstaat Connecticut am 07.02.2010
Obrázek/Bild 13:
Stromchaos im Münsterland (Deutschland) am 25.11.2005
Obrázek/Bild 14:
Einsturz eines 450 Tonnen schweren und 100 Meter hohen Stahlgerüstes in
Grevenbroich (Deutschland) am 25.10.2007
Obrázek/Bild 15:
Blitzeinschlag im Kraftwerk der Illwerke in Vandans (Austria) am 03.07.2009
Obrázek/Bild 16:
Explosion eines Dampfkessels in einer Fabrik auf den Philippinen am 08.04.2009
Obrázek/Bild 17:
Explosion in einem Gaskraftwerk der ThyssenKrupp Stahl AG in Duisburg (Deutschland) am 09.01.2001
Obrázek/Bild 18:
Explosion eines Kraftwerkskessels in Zolling bei München (Deutschland) am 23.03.1987
Es kommt aber auch zu Unfällen auf Kraftwerksbaustellen, so z. B. am 25.10.2007 in Grevenbroich-Neurath (Deutschland). Einem Projekt der Superlative (Braunkohlenkraftwerk mit optimierter Anlagentechnik). Ein 450 Tonnen schweres Stahlgerüst war teilweise eingestürzt (Obrázek/Bild 14). Es gab 3 Todesopfer und 6 Schwerverletzte. Die Ursache blieb zunächst ungeklärt, später wurden Fehler bei der Montage oder Konstruktion sowie menschliches Versagen angegeben. Auf dem etwa 50 Fußballfelder großen Gelände arbeiteten täglich etwa 1.000 Menschen.
Obrázek/Bild 19:
Große Naturkatastrophen 1950 – 2008 (Anzahl der Ereignisse mit Trend) [9]
Obrázek/Bild 20: Risikobeurteilung nach der (Schweizer) Störfallverordnung
Die Bevölkerung und vor allem die Industrie erwartet eine optimale Versorgung mit Energie rund um die Uhr. Dazu sind umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen in den Bereichen Produktion, Transport und Verteilung erforderlich. Dies allein genügt aber nicht, es sind für den Fall von Störungen Redundanzen notwendig, die Alternativleistungen sicherstellen. Zudem muss man sich auch auf einen schweren und nachhaltigen Ausfall vorbereiten.
Als Ursachen der vorgenannten Störungen sind besonders zu nennen [11]:
- Witterungseinflüsse, wie Sturm, Eislast und extreme Temperaturen
- Defekte Betriebsmittel der Primär- und Sekundärtechnik
- Menschliches Versagen bei Montage- und Wartungsarbeiten sowie der Durchführung von Schalthandlungen
- Außergewöhnliche Einspeise- und Lastverhältnisse
- Maroder Zustand in den Erzeugungs-, Übertragungs- und Verteileranlagen
- Nichtoptimale Parametrierung in der Schutz- und Leittechnik
Oftmals kommt es auch zum Zusammentreffen mehrerer Ursachen.
5 Rizika obnovitelných zrdojů energie / Gefahrenpotential bei der regenerativen Energieerzeugung
Dass auch an Anlagen der erneuerbaren Energien Schäden auftreten, ist inzwischen hinlänglich bekannt. Um einerseits die Kosten der erforderlichen Instandsetzungen zu reduzieren und andererseits durch sachgerechte Schadensanalysen eine grundsätzliche Senkung der Ausfallraten zu erreichen, müssen diese vorhandenen Schäden frühzeitig diagnostiziert, verifiziert und quantifiziert werden.
Obrázek/Bild 21:
Havarie in einem sibirischen Wasser-Kraftwerk nahe Sajanogorsk in der russischen
Teilrepublik Chakassien am 17.08.2009
Obrázek/Bild 22:
Riemsloh (Deutschland) 27.03.08: Windkraftanlage durch Blitz zerstört. Rotorteile aus 115 Metern Höhe herabgestürzt
Obrázek/Bild 23:
Sturmschaden an einer Fotovoltaik-Anlage Januar 2009 [8]
Obrázek/Bild 24:
Schaden durch Gülle (Riedlingen)
Obrázek/Bild 25:
Schaden (Leck) an einer zentralen Fernwärmeleitung in Köln am 11.02.2010:
Eine große Dampfwolke trat aus einem Krater im Bürgersteig aus, begleitet von einer Fontäne aus Wasser und Erde
Windenergieanlagen sind durch ihren Standort im Freien besonderen Gefahren ausgesetzt. Durch Sturm, Blitzschlag, Feuer und Vereisung, aber auch durch die besondere Beanspruchung des Materials (durch Verschleiß, Abnutzung, Überhitzung oder Risse an einzelnen Bauteilen) kommt es immer wieder zu großen Schäden. Die Aufzählung umfasst nahezu alle wesentlichen mechanischen Komponenten [1].
Mit dem Wachstum der Solarleistung haben auch die Probleme zugenommen. Ganz oben auf der Liste der Fehlerquellen standen Hardwaredefekte an Wechselrichtern. Zweithäufigste Problemursache ist "höhere Gewalt", was vor allem im Schneebruch, dem Brechen der Module durch die zu hohe Schneelast, wurzelte. Als weitere Fehler folgen defekte Module und die Leistungsreduzierung durch Verschmutzung der Module.
Grundsätzlich ist die Nutzung von Erdwärme ungefährlich. Aber jede neue Technologie birgt gewisse Risiken. Diese müssen bei der Planung und Ausführung von Projekten berücksichtigt werden. Neben der Gefahr, nicht wie geplant die notwendigen Temperaturen oder Wassermengen vorzufinden (Fündigkeitsrisiko) und möglichen hohen Erschließungskosten bestehen geologische und geotechnische Risiken. Es können Probleme bei Bohrungen oder mit nicht geeigneten Gesteinsschichten auftreten, wie es bei den Projekten in Basel (Schweiz) oder Wiesbaden (Deutschaland) der Fall war.
Beim Geothermieprojekt Deep Heat Mining Basel zum Beispiel gab es seit dem 08.12.2006 im Abstand von mehreren Wochen bis zu einem Monat fünf leichte Erschütterungen mit abnehmender Magnitude (von 3,4 bis 2,9 auf der Richterskala). Dadurch soll ein Schaden zwischen 3 und 5 Mio. Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Mio. Euro) entstanden sein, verletzt wurde niemand. Die Risikoanalyse zum Geothermieprojekt "Deep Heat Mining Basel", die termingemäß Ende November 2009 fertig gestellt wurde, kommt zum Schluss, dass der Standort Basel unter dem Aspekt des seismischen Risikos ungünstig ist, um ein geothermisches Reservoir im kristallinen Grundgebirge zu schaffen und zu nutzen. Beim weiteren Ausbau und dem Betrieb der Geothermieanlage würden bei den gegebenen Standortbedingungen mit hoher Wahrscheinlichkeit Beben auftreten, die in ihrer Stärke die bisher stattgefundenen Aktivitäten erreichen oder gar übersteigen können (Obrázek/Bild 20) [2].
Biogas ist ein hochexplosives Gemisch aus den Hauptbestandteilen Methan und CO2. Tritt durch einen technischen Defekt Gas aus, besteht Explosionsgefahr in den angrenzenden Räumen und auch im Freien. Durch die giftige Wirkung des Schwefelwasserstoffs und des CO2 besteht zusätzlich Erstickungsgefahr. Ein baulicher Brandschutz ist deshalb dringend angezeigt.
6 Závěr / Zusammenfassung
Soweit keine höhere Gewalt vorliegt, trifft den Versorger ein Verschulden an jeder Versorgungsunterbrechung. Menschliches und technisches Versagen ist nirgends auszuschließen. Es gibt keine totale Sicherheit. Entsprechend bleiben immer Restrisiken bestehen. Jedes System kann aber sicherer gemacht werden. Die Sicherheit wiederum ist sehr kapitalintensiv. Es ist also die Frage zu beantworten, wie viel Sicherheit reicht aus?
Moderne Leitstellensysteme und Kommunikationsinfrastruktur müssen selbst im Falle eines totalen Blackouts funktionsfähig bleiben.
Stromausfälle werden als massive Störungen der Lebensqualität erlebt. Es ist damit zu rechnen, dass Häufigkeit, Dauer und regionale Ausdehnung in den nächsten Jahren zunehmen werden. Dafür gibt es vielfältige Ursachen. So belastet der steigende Strombedarf weltweit die überlasteten, zum Teil überalterten Kraftwerke und Netze. Der Kostendruck durch Deregulierung und neue Rahmenbedingungen hat Auswirkungen auf die Wartungsstrategien. Hinzu kommen durch „Klimaveränderungen“ mehr Extreme, wie Stürme und Überschwemmungen.
Ursachen möglicher Stromausfälle sind vielfältig. Es können die Technik (Schwachstellen), der Mensch (Fehlhandlungen) aber auch die Politik (Planbarkeit, Transparenz, Kontrolle) und so genannte regulatorische Versäumnisse (Krisenmanagement) sein.
Von einem Blackout spricht man, wenn gleichzeitig große Versorgungsgebiete ohne Strom sind. Derartige Ereignisse sind durch den europäischen Verbundbetrieb der Netze von geringer Wahrscheinlichkeit. Sie treten dennoch etwa alle 10 bis 20 Jahre auf. Durch die höhere Netzauslastung bedingt durch den jährlichen Bedarfsanstieg von etwa 2% und die Ausweitung des Stromhandels seit der Deregulierung sowie infolge des unzureichenden Ausbaus der Energiesysteme entsprechend dem Bedarfsanstieg sind die Energiesysteme für Blackouts jedoch anfälliger geworden. Ein organisatorisch und technisch vorbereitetes Engpassmanagement sowie eine Restrukturierung der Energiesysteme mit ausreichenden Übertragungskapazitäten und eine auch zukünftig regional ausgeglichene Eigenerzeugungsquote stellen geeignete Maßnahmen zur Abwehr von Großstörungen dar [3].
Zentrale Botschaft muss sein: eine sichere, erschwingliche Energieversorgung für einen größeren Teil der Weltbevölkerung zu gewährleisten und zugleich die ökologischen Konsequenzen der Erzeugung, Umwandlung und Nutzung dieser Energie nachhaltig in den Griff zu bekommen.
Literatura / Literatur
[1] Bauer, E.: Windenergieanlagen Schadenbetrachtung. Allianz Report 74 2/2001. ISSN 0943-4569.
S.72-77
[2] Baisch, S.; Carbon, D.; Dannwolf, U.; Delacou, B.; Devaux, M.; Dunand, F.; Jung, R.; Koller, M.; Martin, C.; Sartori, M; Secanell, R.; Vörös, R.: Deep Heat Minig Basel. Seismic Risk Analysis. Seismische Risikoanalyse. Analyse du risqué sismique. 2009. 25 S.
[3] Brauner, G.: Blackouts in Energiesystemen - Ursachen, Prognosen, Abwehrmaßnahmen.
Elektrotechnik und Informationstechnik (e&i), 122 (2005), 5; S. 175-177
[4] Davidson, E.; Dürr, D.: Lehren aus den Blackouts. Hintergründe, Ursachen und Maßnahmen. Zeitung für Kommunale Wirtschaft München 12/2003. S. 1-7
[6] Haubrich, H.-J.: Gutachten zur Höhe der Regelenergie. Gutachten im Auftrag der Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen vom 10.12.2008. CONSENTEC Aachen 2008. 62 S.
[8] Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 4. Leipzig 1906, S. 452-453.
Vgl. auch: Fischer: Zur Geschichte der Dampfkesselexplosionen. Dinglers Journal 1874, Bd. 213, S. 296
[9] Rauch, E.: Klimawandel: Risiken und Chancen aus der Perspektive eines Rückversicherers. Vortrag IHK-Auftaktveranstaltung München 2009
[10] Rundstedt v., S.; Weizsäcker v., E.: Unabhängigkeit der Überwachung von Fernwärmerohren.
Sonderdruck (Nr. 4987) aus Euro Heat & Power2002-08-01 Nr. 4. S. 46-5
[11] Schlossig, W.: Blackouts in der Stromversorgung.
Vortrag Arbeitskreis-Symposium Netzleittechnik Dresden 2007
[12] Styczynski, Z. A.; Orths, A.; Krebs, R.: Sichere elektrische Netze. Heute und in Zukunft. Magdeburger Wissenschaftsjournal 2007. S. 24-31
[13] Versorgungssicherheitsbilanz 2004. Forum Versorgungssicherheit. Wien 2005. 32 S.
[14] VGB PowerTech e.V.: Analyse der Nichtverfügbarkeit von Wärmekraftwerken 1996-2005. Essen 2006.
121 S.
