A&D: Frequenzmüll belastet unsere Versorgungsnetze. Seit wann gibt es diesen Einfluss?
Hartmut Dorner: Es ist eigentlich nichts Neues. Schon fast so lange wie Menschen elektrischen Strom nutzen, ist dieses Phänomen bekannt. Aber der Anteil im Netz zur Ära der Gleichstromantriebe war verschwindend gering. Die Zunahme der Verschmutzung ist eine Begleiterscheinung der modernen Leistungselektronik und auch nicht auf Industrietechnik oder Umrichter beschränkt. Computer und viele andere zeitgemäße Elektrogeräte haben denselben Effekt auf das Netz. Das Problem ist erst mit dem rasand steigenden Einsatz von Schaltnetzteilen und Leistungselektronik richtig ins Bewusstsein gerückt.Welche Auswirkungen hat dies auf das Versorgungsnetz?
Dorner: Die Sinuskurve im Netz muss nicht ganz genau verlaufen – normseitig ist eine Abweichung um acht Prozent erlaubt. Aber wir schöpfen diesen Spielraum in der Praxis mittlerweile voll aus und sollten uns schleunigst Gedanken über die Zukunft machen. Zudem verringert sich die Toleranz, weil die Netze ihre Reserveleistung abbauen sollen. Das, was heute noch dämpfen kann, fällt dann weg.
Welche konkreten Probleme sind dann zu erwarten?
Christian Mieslinger: Ein erhöhter Anteil von harmonischen Oberschwingungen bringt zwei Probleme mit sich. Durch die schlechtere Netzqualität sinkt der Wirkungsgrad der Komponenten und somit auch die Effizienz der Gesamtanlage. Noch schwerer ins Gewicht fällt die geringere Lebensdauer der Betriebsmittel. Anlagenbetreiber, bei denen regelmäßig Betriebsmittel vorzeitig ausfallen, sollten also nicht nur deren Hersteller ins Visier nehmen, sondern unbedingt die Bedingungen in ihrem Netz analysieren.
Wie viele Anwender folgen diesem Rat?
Falko Wiehle: Es ist feststellbar, dass die Betreiber zunehmend Wert auf ein sauberes Netz legen. Manche entwickeln Strategien zusammen mit dem Hersteller oder dem Anlagenbauer, andere versuchen es eigeninitiativ. Vor allem größere Unternehmen kennen die Auswirkungen und haben sich mittlerweile technisch entsprechend aufgestellt. Mieslinger: Das Thema wird aber herstellerseitig sehr defensiv behandelt und kaum aktiv getrieben. Solange Maschinenbauer das saubere Netz nicht als Mehrwert verkaufen können, zeigen sie wenig Interesse. Letztendlich muss der Anlagenbetreiber als Leidtragender die Funktionalität einfordern.
Wie stellt sich die aktuelle Situation dar?
Mieslinger: Sie ist durchaus besorgniserregend. Der Bedarf zu handeln steigt. Dennoch sind wir alleine in unseren Bemühungen. Viele Komponentenhersteller greifen dieses Thema überhaupt nicht auf. Dabei laufen wir mit offenen Augen in eine Krise. Die Gesellschaft forciert zwar den Einsatz nichtlinearer Elektronik zur Energieeinsparung, hat aber noch überhaupt keine Erfahrungswerte, was dies in Summe in den Anlagen bewirkt.
Wächst das Bewusstsein?
Wiehle: Immer öfter fordern Betreiber bei einer Investition ein vollständiges Energiekonzept mit umfassender Analyse. Es wird also nicht mehr lange dauern, bis sich die Maschinenbauer umorientieren. Gerade weil dieser Bereich heute noch ein hohes Potenzial bietet, um sich vom Wettbewerb abzuheben.Mieslinger: Dieses Bewusstsein nimmt mehr und mehr zu, aber es gibt nur eine begrenzte Kompetenz für das Thema auf dem Markt. Der Markt bietet meist nur einzelne Bestandteile zur Lösung an: entweder Schulung oder Dienstleistung oder Produkte. Wenn zusätzlich eine globale Partnerschaft gefragt ist, bleibt nicht viel übrig.
Worauf ist Ihre Expertise zurückzuführen?
Mieslinger: Wir sind der Auffassung, dass Komponenten stets eine sinnvolle Entstörung mitbringen sollen, deshalb hat sich Danfoss diesem Thema früh gestellt. Mittlerweile sind wir mehr als 20 Jahre am Ball und liefern nicht nur die richtige Technik, sondern können den Kunden in jeder Phase beraten.Dorner: Einem umfassenden Anspruch folgend, setzen wir sehr früh an. Wir wollen es gar nicht bis zur Netzanalyse kommen lassen, sondern schulen den Kunden bereits im Vorfeld. So geben wir unser Know-how an die Kunden weiter und gehen den Weg gemeinsam. Der führt dann von der Wissensvermittlung über weitere Dienstleistungen bis hin zur technischen Lösung und zum abschließendem Support.
Auch die richtige Technik verspricht Abhilfe. Welche Strategie verfolgt Danfoss an dieser Stelle?
Wiehle: Es gibt zwei Wege einen Low Harmonic Drive zu konstruieren – der eine führt über den Einsatz eines Active Front Ends. So wird rückspeisefähige Technik ein zweites Mal unter dem Aspekt der besseren Netzqualität vermarktet. Die ist aber teuer erkauft, denn die aufwändige Steuerung des Gleichrichters führt zu mehr Verlustleistung und einem reduzierten Wirkungsgrad. Die Alternative liegt in der Kombination eines herkömmlichen Umrichters mit einem aktiven Filter. Dieser Ansatz ist weniger verbreitet und birgt doch einige Vorteile, weil beide Geräte funktional komplett getrennt sind. Der Filter ist nicht auf den kompletten Leistungsbereich, sondern speziell auf die Oberschwingungen ausgelegt und greift nicht in den Zwischenkreis des Umrichters ein. Das führt zu einer höheren Ausfallsicherheit der Komponenten und einer wesentlich unkritischeren Belastung der Motorwicklungen. Zudem ist der Betreiber deutlich flexibler und definiert, wann und wie der Filter in Betrieb ist. Mit entsprechenden Überwachungsfunktionen kann er den Filter automatisch, aber ganz gezielt nutzen und ab einer definierten Netzstörung zuschalten.
Wie wird sich die Situation mittelfristig weiterentwickeln?
Mieslinger: Insgesamt liegt Zentraleuropa etwas zurück, man ist von der hohen Netzqualität verwöhnt. Anlagenbetreiber in Ländern mit schlechteren Netzen sind oft schon einen Schritt weiter und schreiben Herstellern und Lieferanten entsprechende Grenzwerte genau vor.Dorner: Wir versuchen die Situation in Europa normseitig im Bereich bis zwei Kilohertz in den Griff zu bekommen. Die Zukunftsvisionen unserer Gesellschaft reichen aber deutlich weiter. Wenn es durch Solarpanels, Windkraftanlagen oder auch Elektroautos zur Energieeinspeisung im großen Ziel kommt, geht es um einen Frequenzbereich bis zwanzig Kilohertz. Dann wird es erst richtig spannend.Mieslinger: Die große Anzahl dezentraler Energieversorger birgt eine ganz neue Herausforderung. Für uns bedeutet das einen großen Wachstumsmarkt. Früher oder später werden wir überrollt werden mit Anfragen. Wir sehen die Vision des Smart Grids also mit einem lachenden und einem weinenden Auge.☐
