Stromerzeugungsaggregat

Ein Stromerzeugungsaggregat (Notstromaggregat) ist eine Einrichtung, die aus vorhandenen Ressourcen elektrischen Strom erzeugt, um insbesondere von Stromnetzen unabhängig zu sein. Ein Antriebsaggregat, meistens eine Verbrennungskraftmaschine (z.B. Diesel- oder Benzinmotor) und ein Generator zur Stromerzeugung bilden hierbei eine Einheit.

In Sonderfällen werden Notstromaggregate auch elektrisch angetrieben, z.B. um Bahnstrom mit nicht passender Frequenz in geeigneten Notstrom umzuwandeln.

Solche mobilen oder stationären Geräte können überall dort Anwendung finden, wo ein öffentliches Stromnetz fehlt („Stromgenerator“) oder der Ausfall des Stromnetzes (deutsch Schwarzfall, engl. Blackout) gravierende Folgen nach sich ziehen würde – wie z. B. in Krankenhäusern, chemischen Anlagen, Serverräumen und nicht zuletzt in Kernkraftwerken, um auch im Falle von Abschaltung oder Ausfall des Stromnetzes die Abfuhr der Nachzerfallswärme zu gewährleisten.

Schallgedämpftes Dieselaggregat mit 375 kVA und darunter liegenden Tank

Allgemeines

Historisches Aggregat für den Funkbetrieb, etwa 1945

Stromerzeugungsaggregate gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit unabhängig vom Stromnetz und werden daher auch als „Notstromgenerator“ bzw. -aggregat oder größere als Netzersatzanlagen (NEA) bezeichnet.

Größe und Leistungen solcher Notstromaggregate differieren erheblich. Es beginnt mit tragbaren Kleingeräten, die ausreichen, um Kleinverbraucher (Kühlschrank/Gefriertruhe/PC) oder eine Notlichtanlage zu versorgen über mobile NEA des THW auf Lkw-Anhängern bis hin zu großen, fest installierten Einheiten mit mehreren tausend kVA.

Im Normalfall können NEA die Versorgung begrenzter Verbraucher dauerhaft aufrechterhalten, speisen aber nicht in das öffentliche Netz ein (diese Betriebsart nennt man Inselbetrieb) - ist dies doch der Fall, muss sichergestellt sein, dass dabei keine unsynchronisierte Rückspeisung erfolgt. Falls das Aggregat mit einer entsprechenden Steuerung ausgestattet ist, kann bei Netzrückkehr auf das öffentliche Netz wieder aufsynchronisiert und das Aggregat abgeschaltet werden, wodurch eine Unterbrechung bei der Rückschaltung vermieden wird.

Falls die Notstromanlage nicht über eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) verfügt, kommt es bei einem Ausfall des öffentlichen Netzes zu einer Unterbrechung, bis das Aggregat eine bestimmte Drehzahl erreicht hat und der Leistungsschalter des Generators geschlossen ist. Bei Aggregaten nach VDE 0107/0108 werden bestimmte Zeitlimits für das Bereitstehen des Notstroms vorgeschrieben.

Wenn auch eine kurzfristige Unterbrechung der Stromversorgung nachhaltige Schäden verursacht, muss die Notstromanlage von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) unterstützt werden, die die Stromversorgung nach dem Netzausfall für einige Minuten übernimmt, bis die Notstromanlage hochgefahren ist und konstanten Strom produziert. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigen vor allem Krankenhäuser und sensible technische oder chemische Anlagensteuerungen zur ununterbrochenen Regelung kritischer Prozesse, Netzwerkknoten (Hubs), Serverräume und Rechenzentren.

Notstromfall

Der "Notstromfall" ist das Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung bei einem Ausfall des Stromnetzes durch ein oder mehrere Notstromaggregate. Dies kann manuell oder automatisch erfolgen. Der automatische Anlauf und die automatische Verbraucherumschaltung ist für alle Anlagen zwingend erforderlich, für die eine Netzersatzanlage gesetzlich vorgeschrieben wurde. Die NEA kann nicht durch mehrfache Anschlüsse an verschiedene Stromnetze unterschiedlicher Energieversorger ersetzt werden, da ein Ausfall eines Stromnetzes in einem Dominoeffekt die Überlastung und den Ausfall benachbarter Stromnetze nach sich ziehen kann.

Gemäß einer Statistik der GRS hat es zwischen 1993 und 2006 in deutschen Kernkraftwerken sechs Notstromfälle gegeben: In Gundremmingen C am 8. Mai 1993, in Neckarwestheim 1 am 12. Mai 1999, gleichenorts nochmals am 4. Juni 2000, in Grafenrheinfeld am 2. April 2002, in Biblis B am 8. Februar 2004 und ein drittes Mal in Neckarwestheim 1 am 19. Februar 2005^[1]

Technologie

Tragbares Stromaggregat

Energiequellen

Kleinere Geräte werden meist mit einem Ottomotor angetrieben, größere dagegen mit Dieselmotoren. Ottokraftstoff ist hinsichtlich des Explosionsschutzes schwerer zu handhaben und ist daher bei stationären Aggregaten baurechtlich unzulässig.

Gestartet werden Stromerzeugungsaggregate per Seilzug, mittels Druckluft oder mit elektrischem Anlasser, wobei die letzte Möglichkeit das Vorhandensein einer Batterie voraussetzt. Z.B. bei Kernkraftwerken erfolgt der Start vollautomatisch durch das Reaktorschutz-System.

Im landwirtschaftlichen Bereich kann man sogenannte Zapfwellengeneratoren finden, die an den Nebenabtrieb oder die Zapfwelle eines Fahrzeugs angeschlossen werden. Diese Zapfwellengeneratoren verfügen über keinen eigenen Motor, sondern werden über ein Zwischengetriebe und eine Welle von einer Zugmaschine (Traktor) angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass diese Geräte günstig in Anschaffung und Wartung sind, da kein Verbrennungsmotor gekauft und gewartet werden muss.

Inzwischen sind auch hydraulisch angetriebene Generatoren bis über 70 kVA erhältlich, die von einer fahrzeugeigenen Hydraulik angetrieben werden können.

Generator

Stationäres Notstromaggregat. Elektrischer Generator vorne links, rechts dahinter der Achtzylindermotor

Als Generatoren für Stromerzeugungsaggregate kommen sowohl Synchron-, als auch Asynchronmaschinen zum Einsatz. Asynchronmaschinen finden bis zu Leistungen von etwa 2,5 kVA Verwendung, darüber hinaus Synchronmaschinen. Da Asynchronmaschinen im Inselbetrieb ohne spezielle Einrichtungen keine Blindleistung liefern, können in dem Fall nur ohmsche Lasten (z.B. Heizungen oder Beleuchtungseinrichtungen) gespeist werden. Synchronmaschinen verfügen über eine Erregereinrichtung und sind somit im Inselbetrieb in der Lage, neben der Wirkleistung für ohmsche Lasten, Blindleistung für kapazitive oder induktive Lasten zu liefern.

Betriebssicherheit

Eine heikle Frage ist vor allem bei mobilen Geräten immer, ob eine ausreichende Erdung vorliegt, so dass keine Stromunfälle passieren können. Es ist oft davon abhängig, welche Schutzmaßnahmen (wie Sicherungen oder Schutzschalter oder Isolationswächter) zwischen dem Notstromaggregat und dem Verbraucher geschaltet sind.

Solange einzelne Verbraucher der Betriebsvorschrift entsprechend angeschlossen sind, ist die Sicherheit gewährleistet.

Anschluss an das öffentliche Stromnetz

Meist ist eine Einspeisung aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht. Ferner gibt es eine hohe Hürde, nämlich die notwendige Synchronisierung, dies erfordert einen zusätzlichen technischen Aufwand. Für die Einspeisung werden Netzersatzanlagen verwendet, die sich mit dem Netz synchronisieren können.

Notstromversorgungen weisen vorgeschriebene Einrichtungen wie Netzabfallrelais auf, mit denen sie an das normale Gebäudestromnetz angeschlossen werden können, aber dann keinen Strom ins öffentliche Netz liefern können. Die genauen Vorschriften hängen von den Anforderungen des jeweiligen Netzbetreibers (Energieversorgungsunternehmen) und von der Gerätebeschreibung ab.

Einsatz

Stationärer Einsatz

In vielen Bauten wie Krankenhäusern, TV- und Radiosendern oder auch Industriebetrieben werden stationäre Aggregate verwendet, die zuverlässig anspringen müssen. Das Hochlaufen der Aggregate unter Last ist nicht möglich. Daher ist eine batteriegepufferte unterbrechungsfreie Stromversorgung notwendig, um kurze Ausfälle zu kompensieren, ein Anlassen des Aggregates zu ermöglichen (falls die Batteriekapazität zu Neige geht) und um die ggf. vorgeschriebene Notbeleuchtung zu speisen. Neben den Investitionen ergeben sich laufende Kosten für Wartung und regelmäßige Testläufe, wenn kein Ausfall des öffentlichen Netzes eingetreten ist.

Mobiler Einsatz

175 kVA Netzersatzanlage des THW

Es gibt auch kleinere, mobile Geräte, die tragbar sind oder auf Anhängern montiert werden können. Diese werden vielfach im Katastrophenschutz wie bei den Feuerwehren eingesetzt. Sie werden nicht nur bei Stromausfall, sondern auch in Gebieten ohne Stromversorgung eingesetzt, zum Beispiel für mobile Wasseraufbereitungsanlagen des KHDs, des THW oder des Roten Kreuzes. Die Aggregate, die vom Katastrophenschutz benutzt werden, besitzen in den kleinen, meist tragbaren Varianten eine Leistung von 2,5 bis 14 kVA. Dies sind meist Aggregate, die über mehrere 230 Volt Schutzkontakt-Steckdosen verfügen und darüber hinaus meist noch mit einem Drehstrom-Anschluss ausgestattet sind. Die moderneren Geräte des THW werden mit Viertaktmotoren angetrieben. Es sind allerdings auch noch ältere Modelle mit Zweitaktmotoren-Antrieb zu finden. Diese werden aber aufgrund ihrer unzuverlässigen Starteigenschaften immer mehr verdrängt. Werden sie dennoch weiterhin eingesetzt, dann aus dem Grund, dass der Motor unter bestimmten Einsatzbedingungen besser als ein 4-Takter funktioniert. Aggregate der Rettungsdienste sind in der Regel Synchrongeneratoren, die die hohen notwendigen Anlaufströme der Gerätschaften (z. B. eines Winkelschleifers) garantieren können. Die auf Anhänger montierten Aggregate sind vorwiegend mit Dieselmotoren versehen, welche eine Leistung im Bereich zwischen 20 bis 630 kVA erbringen.

Elektromobile

Im Elektrofahrzeugsektor werden Stromerzeugungsaggregate zur Reichweitenverlängerung genutzt, siehe: Range Extender.

Siehe auch

• Hilfstriebwerk
• Bereitschaftsparallelbetrieb

Normen und Standards

• DIN ISO 8528: Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren
• DIN 6280: Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren
• EN 60034-22: Drehende elektrische Maschinen – Wechselstromgeneratoren für Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren

Literatur

• Rosa, A.: Projektierung von Ersatzstromaggregaten – Errichten und Betreiben von Stromerzeugungsaggregaten nach DIN VDE 0100-551, DIN VDE 0100-560, DIN VDE 0100-710, DIN VDE 0100-718, DIN 6280, DIN ISO 8528, VDEW-Richtlinien, baurechtlichen Regelungen wie EltBauVO, LAR usw. - VDE-Schriftenreihe Band 122, ISBN 978-3-8007-2910-4, VDE-Verlag

Einzelnachweise

1. ↑ [1]