Schwarzstart

Definition

Bei einem Stromausfall („blackout“) sind nur bestimmte Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke in der Lage, die Stromversorgung vollständig autonom wiederherzustellen. Denn nur sie können Strom produzieren, der von anderen versorgungsrelevanten Kraftwerken zum Wiederanfahren benutzt wird. Weil diese Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke hierzu keine externe Energie benötigen, nennt man dieses Phänomen einen Schwarzstart („black start"); die entsprechenden Anlagen sind schwarzstartfähig.

Mit dem Schwarzstart aus dem Blackout

Für Stromausfälle haben die Netzbetreiber mehrere Notfallpläne vorbereitet: In diesen hat die möglichst schnelle Wiederherstellung der Versorgung des Stromnetzes oberste Priorität. Daher ist die durchgehende Kommunikationsfähigkeit zwischen Netzbetreiber und wiederherstellungsrelevanten Systemen von essentieller Bedeutung. Um beispielsweise Wirk- und Blindleistung aus benachbarten Netzen beziehen zu können, muss die Anforderung störungsfrei und sicher kommuniziert werden. Schließlich wird das stromlose Netz durch einen Inselbetrieb, beispielsweise durch ein mit Schwarzstartstrom gestartetes Großkraftwerk – wieder schrittweise mit Strom versorgt. Hierzu muss ein entsprechend mit dem thermischen Kraftwerk verbundenes Kraftwerk einen Schwarzstart durchführen.

Schwarzstartfähige Kraftwerke

Die meisten netzrelevanten Kraftwerke sind thermische Kraftwerke, wie etwa Atom-, Braunkohle oder Blockheizkraftwerke. Sie können viel Strom erzeugen, benötigen aber auch viel externen Strom, um die Produktion hochzufahren. Im Falle eines Stromausfalls sind diese Charakteristika natürlich ungünstig: Da kein Strom im Netz ist, kann die thermische Anlage nicht starten. An dieser Stelle füllen schwarzstartfähige Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke die Lücke: Sie liefern den notwendigen Strom, damit der Netzbetrieb wieder aufgenommen werden kann. Mithilfe dieser sogenannten Impulsproduktion können die thermischen Kraftwerke die reguläre Stromversorgung dann wiederherstellen. Schwarzstartfähige Kraftwerke weisen folgende Merkmale auf:

  • Kurzfristigkeit (flexibles und schnelles Startverhalten)
  • nur Eigenstrom (keine externen Stromquellen)
  • Robustheit (sollte heftigen Anlaufstrom bewältigen können)
  • Stagnationsverhalten (ausdauernder Eigenbetrieb)

Für einen Schwarzstart eignen sich in Deutschland vornehmlich Wasserkraftwerke (Laufwasserkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerk), Druckluftspeicherkraftwerke oder Gaskraftwerke. Manche dieser Kraftwerke bzw. Kraftwerksblöcke befinden sich in unmittelbarer Nähe zu thermischen Kraftwerken. Streckenweise wird etwa Kohlekraftwerken mit direkter Anbindung einer schwarzstartfähigen Gasturbine, die mittels eines Notstromaggregats angetrieben wird, eine (indirekte) Schwarzstartfähigkeit zugesprochen. Doch auch Notstromaggregate benötigen einen Batteriespeicher, um hochzufahren und schließlich Strom zu erzeugen. In der Erprobung befinden sich derzeit erste Projekte, bei denen die Schwarzstartfähigkeit von Gasturbinenanlagen mittels Batterieblöcken hergestellt werden soll: In Schwerin wurde die Einspeisung in ein abgeschaltetes Stromnetz durch die Unterstützung eines Batteriekraftwerk in Kombination mit einer Gasturbinen-Anlage erfolgreich getestet.

Schwarzstart – was passiert da genau?

Nehmen wir folgendes, sehr vereinfachtes Szenario an: Ein Stromausfall unterbricht die Stromversorgung. Um den Betrieb wieder aufnehmen zu können, steht ein schwarzstartfähiges Pumpspeicherkraftwerk bereit. Nachdem der zuständige Netzbetreiber alle relevanten Vorbereitungen getroffen hat, gibt er über die Kommunikationsverbindung den Befehl, das Pumpspeicherkraftwerk hochzufahren. Damit die Anlage startet, bedarf es eines geringen Energieaufwandes. Dieser wird durch anlagenintegrierte oder räumlich naheliegende Batterien sichergestellt. Bis zur Bestätigung des Netzbetreibers stagniert das Pumpspeicherkraftwerk in einer Haltephase (Inselbetrieb). Dann erst synchronisiert sich die Anlage mit dem Stromnetz und die Einspeisung beginnt. Dabei wird nicht volleingespeist, denn Stromverbraucher werden sukzessive zugeschaltet und die Netzfrequenz muss währenddessen stabil gehalten werden. Zusätzlich bezieht der Netzbetreiber Wirk- und Blindlast aus den benachbarten Stromnetzen zur Netzstabilisierung. Die wichtigste Aufgabe der schwarzstartfähigen Anlagen besteht jedoch darin, die thermischen Kraftwerke mit Basisstrom zu versorgen, um den Netzbetrieb wieder aufnehmen zu können. Der Netzbetreiber koordiniert also das Zusammenspiel aus Stromproduktion, Stromverbrauch und Strombezug, um das Stromnetz Stück für Stück wieder aufzubauen.

Ausblick

Druckluftspeicherkraftwerke kommen relativ selten vor und Wasserkraftwerke haben in Deutschland eine starke regionale Ausprägung. Dies führt vor allem im Norden zu einer Begrenzung der Schwarzstartressourcen. Zwar sind Solar- und Windkraftanlagen ebenso schwarzstartfähig, allerdings bekanntlich vom Wetter abhängig und somit im Falle eines Blackouts nur bedingt einsetzbar. Künftig werden vermehrt Speicher eingesetzt. Diese Technologien sind vielversprechend für die Stabilisierung und Regeneration des Stromnetzes, denn sie können gleichermaßen Regelleistung, Inselbetrieb und einen Schwarzstart herbeiführen. Eine vom BMWI geförderte Großbatterie findet zu diesen Zwecken seit 2016 in Berlin Verwendung.