Seit Jahren sinkt die Netzfrequenz jede Minute kurz ab. Forschende aus Jülich haben nun die Ursache gefunden: Große Batteriespeicher fragen ihren Ladezustand synchron ab.

 

Der Übertragungsnetzbetreiber Tennet beobachtet seit mehreren Jahren ein auffälliges Phänomen: Die Frequenz im europäischen Stromnetz sinkt alle 60 Sekunden kurzzeitig ab. Die Abweichungen sind nicht sicherheitskritisch, aber deutlich messbar und ungewöhnlich regelmäßig. Woher sie kommen, war lange unklar. Nun hat ein Team um Dirk Witthaut vom Forschungszentrum Jülich die Ursache identifiziert, gemeinsam mit Forschenden der Universität Köln und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Über die Ergebnisse berichten die Wissenschaftler auf dem Webportal Nature Energy. 

Detektivarbeit mit der Stopuhr

„Das war wirklich jahrelange Detektivarbeit“, sagte Witthaut. Im Verlauf der Netzfrequenz überlagern sich nämlich viele Einflüsse, etwa der Stromhandel, durch den Kraftwerke abrupt an- oder abgeschaltet werden, schwankende Einspeisungen aus erneuerbaren Energien oder andere vielfältige Störungen. Die exakte Periodizität von 60 Sekunden ließ sich jedoch nur mit etwas erklären, das von der Uhr gesteuert wird. Zudem musste der Effekt viele Geräte betreffen, die zum gleichen Zeitpunkt Strom verbrauchen. Ein einzelner Verbraucher oder Erzeuger schied daher aus. 

Die entscheidenden Hinweise lieferte der Living Lab Energy Campus, eine Forschungsinfrastruktur auf dem Jülicher Campus, in der hochintegrierte Energieversorgungssysteme entwickelt und erprobt werden. An insgesamt 80 Stellen installierte das Team Messpunkte an Endgeräten. Dort, wo große Batteriespeicher angeschlossen waren, zeigte sich dasselbe periodische Muster im Verbrauch. Bei einem dieser Speicher fand sich schließlich zu Beginn jeder Minute eine Stromspitze durch die Leistungsabfrage.

Verbindliche Standards für solche Abfragen gibt es nicht. Witthaut vermutet, dass die meisten Hersteller ein 60-Sekunden-Intervall für sinnvoll hielten und schlicht den Beginn jeder Minute als Testzeitpunkt festlegten. Batteriespeicher könnten dabei nur ein Teil des Problems sein: „Es ist nicht ausgeschlossen, dass auch andere digital gesteuerte Verbraucher – etwa Klimaanlagen, Wärmepumpen, Waschmaschinen, Geschirrspüler – ähnliche Muster zeigen.“ 

Zufällige Abfragen als Lösung

Schon jetzt wirken sich die periodischen Schwankungen auf Wasserkraftwerke aus. Der kurzzeitig höhere Bedarf bremst die Turbinen kurz ab, anschließend werden sie wieder auf ihre ursprüngliche Drehgeschwindigkeit beschleunigt, was den Verschleiß erhöht.

Da die Zahl der Batteriespeicher in den letzten Jahren weltweit stark zugenommen hat, handelt es sich nicht um ein deutsches oder europäisches, sondern um ein globales Phänomen. Mit dem forcierten Ausbau der Speicherkapazität, der gerade im Gange ist, dürfte das Problem weiter zunehmen. In Irland etwa, wo Rechenzentren mit großen Batteriespeichern rund ein Fünftel des nationalen Strombedarfs ausmachen, hat sich die Amplitude des Ein-Minuten-Signals zwischen 2016 und 2021 vervierfacht. 

Die Abhilfe wäre einfach: „Man müsste die Abfragen schlicht zufällig verteilen, statt sie immer zum gleichen Zeitpunkt zu starten“, so Witthaut. Weniger Gleichzeitigkeit würde das Netz entlasten und könnte die Stromversorgung robuster machen. (gd)

Der Artikel „One-minute frequency disturbances from unintended synchronization in cyber–physical power systems “ ist auf der Webseite von Nature Energy zu finden.