Mechanische Energiespeicher Zwei Schwungräder stabilisieren die Netzfrequenz

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Ein Kraftwerk in China kombiniert Schwungräder mit 5 und 0,5 MW zur Frequenzregelung. Die abgestufte Regelung soll kleine wie große Abweichungen ausgleichen. Entscheidend ist dabei der Unterschied zwischen Reaktionszeit und Leistungsanstieg.

Wenn Erzeugung und Verbrauch im Stromnetz auseinanderlaufen, verändert sich die Frequenz. Speicher können gegensteuern, indem sie kurzfristig Leistung aufnehmen oder abgeben. Im chinesischen Heizkraftwerk Lanzhou übernehmen diese Aufgabe zwei gemeinsam geregelte Schwungräder. Nach Angaben des Energiekonzerns Huaneng ging die Anlage am 6. November 2026 ans Netz.

Das größere Schwungrad mit 5 MW soll ausgeprägte Frequenzabweichungen ausgleichen. Eine zweite Einheit mit 0,5 MW ist für kleinere Schwankungen im laufenden Betrieb vorgesehen. Huaneng bezeichnet die 5-MW-Einheit als derzeit leistungsstärkstes einzelnes Schwungrad Chinas. Die Aussage bezieht sich damit auf eine einzelne Maschine, nicht auf die Gesamtleistung eines Speicherparks. Organisiert wurde das Projekt von Huaneng Gansu; die technische Entwicklung verantwortete das thermische Forschungsinstitut in Xi’an.

Rotationsenergie für die Frequenzregelung

Ein Schwungradspeicher wandelt elektrische Energie in die Bewegungsenergie eines rotierenden Körpers um. Beim Laden beschleunigt eine elektrische Maschine den Rotor. Beim Entladen arbeitet sie als Generator: Der Rotor wird langsamer und gibt Energie an das elektrische System zurück.

Die gespeicherte Energie wächst mit dem Trägheitsmoment und dem Quadrat der Drehzahl. Für die nutzbare Kapazität ist jedoch die Differenz zwischen oberer und unterer Betriebsdrehzahl maßgeblich. Hohe Leistung und hoher Energieinhalt sind deshalb unterschiedliche Auslegungsziele.

Für die große Einheit nennt Huaneng eine Speicherkapazität von 1.250 kWh, einen Lade-/Entladewirkungsgrad über 85 Prozent und eine Lebensdauer von bis zu zehn Millionen Zyklen. Rechnerisch entsprechen 1.250 kWh bei 5 MW einer Entladedauer von 15 Minuten. Ob die gesamte angegebene Energie bei Nennleistung nutzbar ist, geht aus der Mitteilung nicht hervor.

Schnelle Reaktion ist nicht volle Leistung

Der mit beiden Speichern ausgestattete Kraftwerksblock soll auf Anforderungen zur Frequenzregelung in weniger als 100 Millisekunden reagieren. Zugleich nennt Huaneng für das große Schwungrad eine Leistungsänderungsrate von bis zu 5 MW pro Sekunde und eine Regelgenauigkeit über 99,5 Prozent.

Diese Kennwerte beschreiben unterschiedliche Eigenschaften. Bei einem linearen Leistungsanstieg von 5 MW pro Sekunde würde eine Änderung von null auf 5 MW eine Sekunde dauern. Die kürzere Reaktionszeit beschreibt somit nicht automatisch das Erreichen der Nennleistung. Für eine Bewertung der Genauigkeitsangabe fehlen zudem die Bezugsgröße und die Messbedingungen.

Der technische Ansatz liegt in der Aufteilung der Regelaufgaben auf zwei Speichergrößen. Wie gut diese Aufteilung im Betrieb funktioniert, hängt auch von der Koordination und dem jeweiligen Ladezustand ab: Ein Speicher muss sowohl Energie aufnehmen als auch abgeben können. Angaben zu Bereitschaftsverlusten, Wartungsaufwand und Kosten wären nötig, um neben der schnellen Regelung auch die Wirtschaftlichkeit beurteilen zu können.

Bildunterschrift: Schwungradspeicher nehmen elektrische Energie auf und speichern sie als Rotationsenergie. Im Kraftwerk Lanzhou sollen zwei unterschiedlich leistungsstarke Einheiten Frequenzabweichungen ausgleichen. (mr)

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