Power generation

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Aggregat mittlerer Leistung

Ein Stromerzeugungsaggregat (engl. power generation unit, auch Notstromgenerator bzw -aggregat) bezeichnet einen Generator, welcher aus vorhandenen Ressourcen Elektrischen Strom erzeugen kann, ohne von einem fremden Energienetz abhängig zu sein.

Dabei handelt es sich um eine Einheit aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator. Solche Geräte werden überall dort eingesetzt, wo ein öffentliches Stromnetz fehlt ("Stromgenerator") oder der der Ausfall von diesem Gravierende Folgen hätte, wie zum Beispiel ein Krankenhaus, eine Chemische Anlage oder einen Serverraum, welcher Hochverfügbarkeit bieten muss ("Notstromgenerator").

Diese existieren in verschiedenen Größen und Leistungen, beginnend bei kleinen mobilen Aggregaten bis hin zu großen fest installierten Einheiten mit mehreren tausend kVA,

Im Normalfall speisen Notstromaggregate nicht in das öffentliche Netz ein (Inselbetrieb), wobei sichergestellt sein muss, dass keine unsynchronisierte Rückspeisung erfolgt. Falls das Aggregat mit einer entsprechenden Steuerung ausgestattet ist, kann bei Netzrückkehr auf das öffentliche Netz wieder aufsynchronisiert werden, und das Aggregat abgeschaltet werden, wodurch eine Unterbrechung bei der Rückschaltung vermieden wird.

Falls die Notstromanlage über keine 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 Leistungsschalters des Generators geschlossen ist. Bei Aggregaten nach VDE 0107/0108 werden bestimmte Zeitlimits für das Bereitstehen des Notstroms vorgeschrieben.

Für Kleingewerbe und Privathaushalte senken tragbare Stromerzeuger z. B. das Risiko für tiefgefrorene Lebensmittel.

Energiequellen

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

Gestartet werden sie per Seilzug, mittels Druckluft oder mit elektrischem Anlasser, was eine Batterie voraussetzt.

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 Welle von der Zugmaschine angetrieben. Dies hat den Vorteil, dass die Einheiten günstig sind in Anschaffung und Wartung, da kein separater Verbrennungsmotor gekauft und gewartet werden muss.

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 eine die ggf. vorgeschriebene Notbeleuchtung zu speisen. Neben den Investitionen ergeben sich laufende Kosten für Wartung und regelmäßige Testläufe, auch wenn kein Ausfall des öffentliches Netzes eingetreten ist.

Aggregat für den Funkbetrieb, etwa 1945

Mobiler Einsatz

Es gibt auch kleinere, mobile Geräte die tragbar sind oder auf Anhänger montiert werden. Diese werden vielfach im Katastrophenschutz, wie bei den Feuerwehren eingesetzt. Sie werden nicht nur bei Stromausfall, sondern auch in Gebieten, wo es keine Stromversorgung gibt, eingesetzt, zum Beispiel für mobile Wasseraufbereitungsanlagen von KHD oder THW oder dem Roten Kreuz. Die Aggregate, welche vom Katastrophenschutz benutzt werden, besitzen in den kleinen, meist tragbaren Varianten, eine Leistung von 2,5 bis 14 kVA. Dies sind meist Aggregate, welche über mehrere 230 Volt Schutzkontakt-Steckdosen verfügen und darüber hinaus meist noch mit einem Kraftstrom-Anschluss ausgestattet sind. Die moderneren Geräte des THWs werden mit 4-Takt Ottomotoren angetrieben. Es sind allerdings auch noch ältere Modelle mit 2- Takt Antrieb zu finden, diese werden allerdings aufgrund ihrer „launischen“ Starteigenschaften immer mehr verdrängt. Trotzdem werden sie weiterhin eingesetzt, da der Motor unter gewissen Einsatzbedingungen besser als ein 4-Takter ist. Zudem sind die Aggregate der Rettungsdienste Synchrongeneratoren, um die hohen Anlaufströme der Gerätschaften (z.B. eines Winkelschleifers) zu geben. Die auf Anhänger montierten Aggregate sind vorwiegend mit Dieselmotoren, welche eine Leistung im Bereich zwischen 20 bis 630 kVA erbringen.

Privathaushalte

Im privaten Bereich war eine starke Nachfrage nach kleinen Notstromgeräten beim Jahrtausendwechsel aus Angst vor größeren Versorgungsschwierigkeiten zu verzeichnen.

Generator

Der Generator selbst kann entweder ein Synchrongenerator oder ein Asynchrongenerator sein. Der wesentliche Unterschied zwischen einem Synchrongenerator und einem Asynchrongenerator ist die Erregereinrichtung. Während Synchrongeneratoren mit einer Selbsterregereinrichtung ausgerüstet werden können und damit inselbetriebsfähig werden, sind Asynchrongeneratoren nicht ohne weiteres inselbetriebsfähig.

Ein Synchrongenerator ist geeignet, Elektrizität mit einer regelbaren Frequenz zu erzeugen, während der nicht vom Stromnetz abgetrennt betreibbare Asynchrongenerator sozusagen die vorhandene Netzfrequenz erhöhen will, was aber auf Grund der vollkommenen Übermacht der Großkraftwerke (geringer Netzinnenwiderstand) dann doch nicht passiert und er dann dafür elektrische Energie "ins Netz schiebt". Wird das Netz aber abgeschaltet und sind entsprechende Schutzeinrichtungen nicht vorhanden, bzw. versagen diese, geht die Maschine durch und zerstört sich selbst auf Grund von Überspannungen.

Asynchrongeneratoren lassen sich im Inselbetrieb ohne Netzführung betreiben, wenn über Kondensatoren ein phasenverschobener Strom (Blindleistung) erzeugt wird (siehe Drehstrom-Asynchronmaschine). Zum Hochlauf muss eine Rest-Remanenz in der Maschine vorhanden sein. Einphasige Asynchrongeneratoren sind sehr beliebt bei kleineren Stromaggregaten (bis ~2,5 kVA), da sie sehr preisgünstig sind. Läuft ein solcher Generator nicht mehr hoch, so magnetisiert man die Maschine leicht durch Anlegen von Gleichspannung aus einer Batterie (9 V Block oder Mono-Zelle). Die Asynchronmaschine kann kaum Blindleistung bereitstellen, der Betrieb von entsprechenden Geräten kann daher beeinträchtigt bis nicht möglich sein. Solche Generatoren sind daher bevorzugt für ohmsche Lasten geeignet, wie Heizung oder Beleuchtung.

Betriebssicherheit

Eine heikle Frage ist vor allem bei mobilen Geräten immer, ob eine ausreichende Erdung vorliegt, so dass keine Stromunfälle passieren. Es ist oft abhängig, welche Schutzmaßnahmen (wie Sicherungen oder Schutzschalter oder Isolationsüberwachung) 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

175 kVA Netzersatzanlage des THW

Meist ist eine Einspeisung aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht. Ferner gibt es eine hohe technische 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 haben vorgeschriebene Einrichtungen, wie Netzabfallrelais, mit denen sie an das normale Gebäudestromnetz angeschlossen werden können, aber dann keinen Strom ins öffentliche Netz liefern können. Was genau vorgeschrieben ist, hängt von den Anforderungen des jeweiligen Netzbetreibers (Energieversorgungsunternehmen) und von der Gerätebeschreibung ab.

Siehe auch

• Unterbrechungsfreie Stromversorgung
• Generator
• Hilfstriebwerk
• Bereitschaftsparallelbetrieb

Literatur

• EN 88528: Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren
• EN 60034-22: Drehende elektrische Maschinen - Wechselstromgeneratoren für Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren
• 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