Schwarzstartfähigkeit (Black start)

Schwarzstartfähigkeit – Der Schlüssel zum Netzwiederaufbau

Schwarzstartfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Kraftwerks oder Speichers, nach einem vollständigen, großflächigen Stromausfall (Blackout) ohne externe Stromversorgung aus dem Netz hochzufahren. Ein schwarzstartfähiges System agiert wie ein “Anlasser” für das gesamte Stromnetz. Es baut lokal ein stabiles Teilnetz (Inselnetz) auf, das dann schrittweise erweitert wird, um weitere Kraftwerke und Verbraucher zu synchronisieren und das Netz wiederherzustellen.

Der klassische Netzwiederaufbau

Traditionell wird diese kritische Systemdienstleistung von konventionellen Kraftwerken erbracht, meist Pumpspeicherkraftwerken oder Gasturbinen, die schnell eigenständig anfahren können. Der Prozess ist komplex und zeitaufwendig: Ein Kraftwerk startet sich selbst, versorgt eine Leitung zum nächsten Kraftwerk mit Spannung, dieses wird vorsichtig synchronisiert, und so wird das Netz Stück für Stück wiederbelebt. Der vollständige Netzwiederaufbau kann je nach Ausmaß des Blackouts mehrere Stunden bis über einen Tag dauern, wobei erste Teilnetze bereits nach 1-2 Stunden unter Spannung stehen können.

Die Rolle von BESS: Der digitale und schnelle Netzwiederaufbau

Batteriespeichersysteme (BESS) revolutionieren das Konzept des Schwarzstarts. Dank ihrer digitalen Steuerung und der gespeicherten Energie sind sie für diese Aufgabe prädestiniert.
Die entscheidende technische Eigenschaft ist die Netzbildungsfähigkeit (Grid-Forming). Während Standard-Wechselrichter (PCS) einem bestehenden Netzsignal folgen (Grid-Following), können netzbildende Wechselrichter selbstständig ein stabiles, sauberes Netzsignal (Spannung und Frequenz) erzeugen. Ein BESS mit Grid-Forming-Fähigkeit kann daher innerhalb von Sekunden ein stabiles Inselnetz aufbauen und versorgen. Die Reaktionszeit der Leistungselektronik liegt dabei im Bereich von Millisekunden. Der VDE arbeitet aktuell an technischen Anwendungsregeln für netzbildende Wechselrichter.

Die Vorteile von BESS beim Schwarzstart

Die Vorteile von BESS beim Schwarzstart sind:

• Geschwindigkeit: Statt Minuten bis Stunden bei konventionellen Kraftwerken benötigen BESS nur wenige Sekunden, um eine stabile Spannung und Frequenz für den Wiederaufbau bereitzustellen.
• Präzision: Die Leistungselektronik ermöglicht eine genaue Steuerung von Frequenz und Spannung, was die Synchronisation weiterer Anlagen vereinfacht und sicherer macht.
• Keine Emissionen: Im Gegensatz zu dieselbetriebenen Notstromaggregaten oder Gaskraftwerken erfolgt der Start emissionsfrei.
• Dezentrale Flexibilität: BESS können dezentral an strategisch wichtigen Netzknoten platziert werden, um den Wiederaufbau an mehreren Orten gleichzeitig zu starten und zu beschleunigen.

Regulatorischer Rahmen in Deutschland

Die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) in Deutschland schreiben seit Januar 2024 die Bereitstellung von Schwarzstartfähigkeit gemäß § 12h Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) technologieneutral in marktgestützten Verfahren aus. Das Gesetz regelt die marktgestützte Beschaffung nicht frequenzgebundener Systemdienstleistungen und lässt BESS gleichberechtigt neben konventionellen Kraftwerken als Anbieter zu.

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Sind alle Batteriespeicher automatisch schwarzstartfähig?

Nein. Die Schwarzstartfähigkeit ist keine Standardeigenschaft. Sie erfordert netzbildende Wechselrichter (Grid-Forming PCS), die im Gegensatz zu Standard-Wechselrichtern eigenständig Spannung und Frequenz vorgeben können, sowie ein entsprechend ausgelegtes Energie-Management-System (EMS). Es ist eine Design-Entscheidung, die bei der Planung des Systems getroffen werden muss.

Gibt es bereits BESS-Schwarzstartprojekte in Deutschland?

Die ersten Ausschreibungen laufen seit Januar 2024. International gibt es bereits erfolgreiche Beispiele, etwa in Australien (Hornsdale Power Reserve mit Grid-Forming-Technologie).

Was ist der Unterschied zwischen Schwarzstart und Inselnetz?

Das Inselnetz ist das Ergebnis, der Schwarzstart ist der Prozess. Ein Inselnetz ist ein vom Hauptnetz getrennter, autarker Netzabschnitt mit eigener Erzeugung und Last. Die Schwarzstartfähigkeit ist die Fähigkeit, ein solches Inselnetz nach einem Blackout zu erzeugen und zu stabilisieren.

Warum kann nicht jedes Kraftwerk einen Schwarzstart durchführen?

Die meisten großen Kraftwerke (z.B. Kohle, Kernkraft) benötigen für ihre Hilfsbetriebe (Pumpen, Kühlung, Steuerung) eine große Menge an elektrischer Energie, um überhaupt anfahren zu können. Nach einem Blackout steht diese Energie nicht zur Verfügung, weshalb sie auf einen “Anlasser” – ein schwarzstartfähiges Kraftwerk oder BESS – angewiesen sind.

Wie lange kann ein BESS ein Inselnetz nach einem Schwarzstart versorgen?

Die Dauer hängt von der Speicherkapazität (MWh) und der benötigten Leistung (MW) ab. Ein typisches BESS kann ein Teilnetz für wenige Minuten bis mehrere Stunden versorgen, während weitere Kraftwerke hochgefahren werden. Die Hauptfunktion liegt im schnellen Netzaufbau, nicht in der Langzeitversorgung.