Was ist ein Blackout
Immer wieder werden in den Medien Stromausfälle als Blackout bezeichnet. Es gibt jedoch gravierende Unterschiede zwischen einem Blackout und einem "gewöhnlichen Stromausfall".
Merkmale einses Stromausfalles
- regional begrenzt
Es ist vielleicht nur ein Teil ihres Hauses/Wohnung, eine Trafostation, eine Ortschaft oder auch mehrere Ortschaften betroffen. - mögliche Ursachen
Von einer defekten Sicherung über ein durch Baggerarbeiten beschädigtes Stromkabel oder einen durch einen Sturm geknickten Baum gibt es viele Möglichkeiten für Versorgungsunterbrechungen. Auch Schäden in Umspannwerken oder auf Hochspannungsleitungen die sich nur regional auswirken, haben noch lange nichts mit einem Blackout zu tun. - kurtfristig
Die Störung kann in der Regel in kurzer Zeit, wenige Minuten bis einige Stunden, behoben werden. Bei Unwetterschäden kann die Behebung auch länger dauern, wenn zum Beispiel Freileitungen über weite Strecken durch Stürme zerstört werden. Dann kann die Wiederherstellung im Extremfall auch Tage bis Wochen dauern. Trotzdem spricht man auf Grund der Ursache und der regionalen Begrenzung immer noch von Stromausfällen und nicht von Blackouts.
- Hilfe von aussen möglich
Wenn bei Unwettern durch beschädigte Freileitungen auch größere Gebiete betroffen sind, spricht man immer noch nicht von einem Blackout. Es ist immer noch Hilfe von außerhalb möglich. Die Versorgung kritischer Infrastruktur wird mit Notstromaggregaten von Feuerwehren und Netzbetreibern übernommen. Die Bevölkerung kann von außerhalb weiter mit allen wichtigen Gütern versorgt werden. Die Logistik und Warenlieferung bleiben außerhalb des Schadensgebietes aufrecht. Wenn es für die Betroffenen im ersten Moment auch keinen erkennbaren Unterschied zwischen Stromausfall und Blackout gibt, so ist der Unterschied der Auswirkungen auf längere Sicht jedoch sehr gravierend.
Ab wann spricht man dann von einem Blackout?
Unser Stromversorgungssystem wird in 7 Netzebenen unterteilt. Die Ebenen 7 bis 2 umfassen die Ortsnetze, Mittelspannungsnetze (Ortsversorgungsleitungen), regionale Umspannungswerke und überregionale Verteilnetze (Hochspannungsleitungen). Störungen in diesen Ebenen haben kleinere oder auch größere Stromausfälle mit oben beschriebenen Auswirkungen zur Folge.
In der obersten Ebene, der Ebene 1 befinden sich die großen Erzeugungsanlagen, Kraftwerke und Höchstspannungsleitungsnetze. Wenn es in dieser Ebene zu Störungen oder Ausfällen kommt, kann sich diese Störung durch einen Kaskadeneffekt (Kettenreaktion) über weite Teile dieser Netzebene Ausbreiten. Durch den Wegfall der großen Erzeugungsanlagen werden auch die Erzeugungsanlagen in den unteren Ebenen (PV-Anlagen, Windkraftanlagen, regionale Kleinkraftwerke) überlastet und diese werden dann ebenfalls automatisch (um Beschädigungen zu vermeiden) abgeschaltet.
Es gibt natürlich unzählige Schutzmechanismen die genau diese Überlastungen und Kettenrektionen verhindern. Die Netzbetreiber leisten sehr gute Arbeit. Deshalb konnten bis dato auch alle kritischen Situation noch vor einem Zusammenbruch des Netzes gestoppt werden. Alle Schutzmaßnahmen haben aber auch irgendwo ihre Grenzen. Wenn mehrere Störungen zur gleichen Zeit auftreten, ist es durchaus plausibel, dass eine Ausbreitung auf andere Komponenten nicht rechtzeitig zu stoppen ist. Der Zusammenbruch (Notabschaltung) großer Teile oder der gesamten Versorgungsebene (Netzebene 1) wäre die Folge. Wenn die Ebene 1 ausfällt sind auch alle Ebenen darunter Stromlos. Genau diese Situation beschreibt dann der Begriff "Blackout"
Was sind jetzt die Herausforderungen und wie lange dauert der Blackout?
Ein Kraftwerk braucht von außen Strom damit es Hochfahren kann. Der sogenannte Erregerstrom versorgt die Rotorwicklung der Generatoren, damit ein Magnetfeld aufgebaut wird und der Generator, der mit Wasserkraft, Dampf oder einer Gasturbine angetrieben wird, Strom liefern kann. Manche Kraftwerke haben eigene, kleinere Generatoren (auch Dieselgeneratoren oder Batterien), die diesen Erregerstrom liefern. Diese Kraftwerke werden dann "schwarzstartfähig" genannt. In Österreich gibt es 2 große schwarzstartfähig Kraftwerke. Diese sind die Speicherkraftwerke Kaprun und Malta mit 813 bzw. 850 MW. Es gibt auch noch einige kleinere Anlagen die von sich aus starten können. Die Hauptaufgabe geht aber sicher von Kaprun und Malta aus.
Wasserkraftwerke können nach einer Notabschaltung (wie eben bei einem Blackout) relativ schnell wieder starten. Bevor jedoch wieder gestartet werden kann. muss die Ursache für den Absturz gesucht und behoben oder zumindest eingegrenzt werden.
Bei Wärmekraftwerken (Gas, Dampf, Atomkraftwerk) muss nach längerem Stillstand die Turbine vorgewärmt und ein genau festgelegtes Szenario durchlaufen werden. Bis diese Kraftwerke wieder ans Netz gehen können, kann es mehrere Stunden bis sogar Tage dauern. Bei Atomkraftwerken, kann es auf Grund der Sicherheitsmaßnahmen noch länger dauern bis sie wieder Strom liefern können.
PV- und Windkraftanlagen können zum Hochfahren nicht verwendet werden, da diese Anlagen auf die bestehende Netzfrequenz von 50Hz auf synchronisiert werden. Beim Starten braucht man stabile Großkraftwerke, die steuerbar sind und ihre Leistung konstant je nach Bedarf abgeben. PV- und Windkraftanlagen sind sehr volatil (schwankend) da sie von ihrer Primärenergie Sonne und Wind abhängig sind und diese eben nur sehr stark Schwankend zur Verfügung stehen.
Der Netzwiederaufbau
Voraussetzungen für einen reibungslosen Netzwiederaufbau ist eine funktionierende Infrastruktur. Obwohl die Netzbetreiber zu einem großen Teil eigene Leitungen und Netze haben über die das Hochfahren des Systems gemanagt wird, gibt es zahlreiche Nadelöhre wo auch kommerzielle Datenleitungen und Infrastruktur genutzt werden. Welche Schäden (z.B. defekte Netzteile) durch einen längeren Stromausfall in dieser Infrastruktur entstanden sind, weiß man erst während des Hochfahrens. Ersatzteile werden dann aber nicht in ausreichendem Maße verfügbar sein und können auch nicht kurzfristig (ohne Strom und Logistik) beschafft werden. Gehen wir aber davon aus, dass alles Erforderliche funktioniert und damit ein Wiederaufbau möglich ist.
Die Herausforderung, ist so wie auch im Normalbetrieb, die Frequenzhaltung. Um die Netzfrequenz von 50Hz stabil halten zu können, muss in jeder Sekunde genau so viel Strom erzeugt werden, wie auch auf der anderen Seite verbraucht wird. Als erstes werden die schwarzstartfähigen Kraftwerke gestartet. Wenn diese stabil mit 50Hz laufen, werden auf diese Kraftwerke entsprechend ihrer Leistung, Verbraucher aufgeschaltet. Wenn die Hochspannungsleitung bis zum nächsten Kraftwerk wieder steht und dieses mit Strom vom ersten Kraftwerk versorgt werden kann, wird dieses gestartet und auf die bestehenden 50Hz auf synchronisiert. Danach müssen wieder entsprechen Verbraucher aufgeschaltet werden. Erzeugung und Verbrauch müssen sich, so wie im Normalbetrieb, immer genau die Waage halten. So wird dieser Vorgang fortgesetzt bis alles wieder wie gewohnt läuft. Da es in diesem Prozess aber viele Variable und sehr viel Raum für, durch den Ausfall, beschädigte Infrastruktur ist, kann der Vorgang entsprechend lange dauern und es kann zahlreiche Überraschungen geben.
Wie lange dauert der Wiederaufbau
Erstes Kriterium ist mir Sicherheit die Ursache des Absturzes. Wenn es sich um technische Störungen außerhalb Österreichs handelt, wird es relativ einfach sein sich von dieser Region leitungsmäßig zu trennen und das System wieder zu Starten. Handelt es sich um einen Syberangriff, der vielleicht auch große Bereiche der österreichischen Infrastruktur befallen hat, muss zuerst dieses Problem beseitigt werden, bevor man großflächig mit dem Hochfahren beginnen kann.
Österreich hat den Vorteil, dass es sehr viele Lauf-, Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke gibt. Diese stabilen Großkraftwerke ermöglichen einen relativ schnellen Start. In Ländern wie Deutschland, wo bereits ein großer Teil des Stromes aus PV- und Windkraft erzeugt wird, ist das Hochfahren eine weitaus größere Herausforderung und wird ohne Hilfe von außen nur schwer oder gar nicht möglich sein.
In Österreich hängt es auch sehr stark davon ab, wann ein Schwarzstart erforderlich ist. Im Sommer (siehe Grafik Woche 23/2023) erzeugen wir bis zu 100% unseres Strombedarfes aus Lauf- und Speicherkraftwerken. Zu manchen Zeiten haben wir sogar einen Überschuss den wir exportieren können. Gaskraftwerke sind in diesem Zeitraum überhaupt nicht aktiv gewesen.
Ganz anders sieht die Situation in den Wintermonaten aus, wie in der Grafik aus KW 51/2022. Zu manchen Zeiten werden bis zu zwei Drittel des Strombedarfes importier und ein weiterer großer Teil kommt von Gaskraftwerken. PV- und Windenergie ist an manchen Tagen vernachlässigbar. Zu solchen Zeitpunkten wird ein Hochfahren nach einem Blackout auch in Österreich zur Herausforderung für die Netzbetreiber.
Die Tauer des Neustarts hängt sehr stark von diesen, aber auch noch vielen anderen Faktoren ab. Deshalb ist es unmöglich und unseriös eine Aussage zu treffen, wie lange es nach einem Blackout dauert, bis wir flächendeckend wieder Strom haben. Der Zeitraum kann von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen dauern. In Deutschland geht man von bis zu einer Woche aus. Unter den schlechtesten Voraussetzungen wäre das sicher auch bei uns möglich.
Was aber sicher bedeutend länger dauert als die Wiederherstellung der Stromversorgung, wird der Neustart der Kommunikationseinrichtungen sein. Ohne Telefon und Internet funktioniert aber keine Logistik, kein Warenverkehr und auch keine Produktion. Diese 2. Phase des Blackouts wird mit Sicherheit weitaus länger und mindestens genauso herausfordernd wie die Phase 1, ohne Strom.
Weiterführende Links:
Wie kommt es zum Blackout?
Die Phasen eines Blackouts