Blindleistung steht nicht für den Betrieb von Anlagen unter Wechselstrom zur Verfügung – die Umwandlung in nutzbare Energie ist aus physikalischen Gründen nicht möglich, trotzdem ist sie zum Betrieb von Motoren in der Elektrotechnik notwendig, um den nutzbaren Strom (die sog. Wirkleistung) im Wechselspannungsnetz hin zu den Verbrauchern zu übertragen. Die bekannten Vorgehensweisen der Kraftwerke zur Kompensation von Blindleistungen in den Verteilernetzen unseres Landes stellen sich mehr und mehr als veraltet heraus, da der stark wachsende und von uns allen gewollte Anteil an der elektrischen Leistung durch erneuerbare Energien in den Stromnetzen, das Auftreten von Blindströmen mehr und mehr unkalkulierbar macht. Als Unternehmer, ist der Betreiber energieintensiver Produktion nicht nur, aber auch aufgrund des Auftretens von unregelmäßigen Blindleistungen im Stromnetz gut beraten, sich die Anschaffung einer Kompensationsanlage zu überlegen – und das am besten gleich im Zusammenspiel mit einer nachhaltigkeitssteigernden Photovoltaikanlage. Der Nutzen für das Unternehmen: planbarer und schwankungsfreier Stromfluss und Kompensation der Blindströme am Ort der Entstehung, was zu geringerem Aufwand und damit weniger Kosten führt.
„PRAEFIX“: Vorab eine Begriffserklärung aus Sicht einer Ingenieurin: Elektrische Energie in Form von Strom ist im physikalischen Sinne Arbeit gemessen in der Einheit Kilowattstunde (kWh), bezieht man diese geleistete Arbeit auf die Zeit, in der sie verrichtet wird, so spricht man von Leistung, gemessen in der Einheit Watt (W). Leistung ist daher Arbeit pro Zeit. Ein Schelm, der diesen Leistungsfaktor auf unsere tägliche Arbeitswelt zu übertragen versucht, indem er die erbrachte Arbeitsleistung als Arbeitnehmer mit der täglichen Arbeitszeit in direkten Zusammenhang bringt, also mathematisch gesehen multipliziert anstatt dividiert…..
Scheinleistung, Blindleistung und Wirkleistung einfach und schnell erklärt
Blindleistung entsteht in der Elektrotechnik durch eine Phasenverschiebung von Spannung und Stromstärke. Eigentlich sollten diese beiden in gleichförmigen Kurven verlaufen. Jedoch tritt beim Starten und auch „Herunterfahren“ eines jeden Elektromotors eine Phasenverschiebung auf, weil zunächst zum Aufbau und dann auch zum Abbau des Magnetfeldes im Motor eine gewisse Menge an Strom notwendig ist, ohne dass die Anlage beginnen kann, ihre eigentliche Aufgabe auszuüben (induktive Blindleistung). In den Verteilnetzen in Deutschland ist dies ein ungebetener Effekt, denn er bringt für das Netz nur unnötige Probleme. In Physikerkreisen wird gerne der Vergleich zum Schaum auf frisch gezapftem Bier herangezogen: er ist halt da, aber man kann ihn so eigentlich nicht trinken und er erschwert das Erreichen des kühlen Getränks Bier – in unserem Fall der eigentlichen Leistung, der Wirkleistung, des Verbrauchers. Vonseiten der Kraftwerke wird gegen gesteuert, indem im Netz eine eigene Blindleistung (kapazitive) erzeugt wird. Es wird im übertragenen Sinne also Spülmittel auf den Schaum gegeben, um die Verschiebung der Phase bei Spannung und Stromstärke wieder auszugleichen. Für den Verbraucher oder die Anlage eines Unternehmens ist allerdings der Gewerbestrom für Blind- und Wirkleistung zu beziehen. Beides zusammen entspricht der Scheinleistung der Anlage und stellt eine Belastung für das Budget eines jeden Betriebes bezogen auf die elektrische Leistung dar.
Blindleistung im Wechselstromnetz
Elektromotoren benötigen aufgrund ihrer technischen Gegebenheit ein Magnetfeld. Zu dessen Aufbau beim Starten des Motors und auch zum Abbau beim Ausschalten des Motors wird jedoch ein gewisses Maß an Energie benötigt. Diese Leistung steht der eigentlichen Funktionsweise, für die die Maschine ursprünglich einmal konstruiert worden ist, nicht zur Verfügung. Diese Form der Leistung wird als induktive Blindleistung bezeichnet. In einem Wechselstromnetz verhalten sich die physikalischen Größen Spannung und Stromstärke kurvenförmig, deren Verlauf aus dem mathematischen Bereich der Trigonometrie bekannt ist: in Sinuskurven. Der oben beschriebene Effekt sorgt nun leider dafür, dass sich die Phasen dieser beiden Kurven gegeneinander verschieben – ein unvermeidbarer, aber lästiger Effekt für das Stromnetz. Für den Betreiber einer Anlage ist es daher ratsam, sich Gedanken über eine Blindstrom Kompensation zu machen, da diese nicht nur dauerhaft der Lebensdauer seiner, für die Produktion benötigten Maschinen, im Sinne der Nachhaltigkeit für das Unternehmen zugutekommt, sondern die Blindleistung leider auch kostenmäßig dauerhaft zu Buche schlägt. Eine Abhilfe kann hier die einmalige Investition in eine Photovoltaikanlage bieten, um den für diese Grundlast benötigten Strom selber zu produzieren.
Blindleistungskompensation
Mit einer sogenannten Kompensationsanlage wird dem Blindleistungseffekt entgegengewirkt. Durch ihren Einsatz werden die Kosten für Blindenergie umgangen oder zumindest herab gesetzt, indem diese Anlagen den benötigten Blindstrom entsprechend der benötigten Größe in unmittelbarer Nähe zur eigentlichen Maschine erzeugen bzw. aufgreifen, im Idealfall sogar für Entlastung für das Wechselstromnetz sorgen. Ihr Einsatz kann sich bis hin zum Kraftwerk positiv auswirken und den Stromfluss für die Verbraucher absichern. Gerade durch die stetig steigende Einspeisung von sogenanntem grünen Strom, der mehr und mehr aus Erneuerbaren Energien produziert wird, haben die Energieerzeuger mit dem unregelmäßig auftretenden Effekt der Blindleistung in ihren Flächenverteilnetzen in Deutschland zu kämpfen.
Üblicherweise kann man für das Gewerbe die Blindstromkompensationsanlage kaufen, die aus einem Kondensator besteht und die klassische induktive Blindleistung kompensiert, oder es kann über eine Kompensationsdrossel die kapazitive Last ausglichen werden, ohne hier zu sehr ins technische Detail gehen zu wollen. In manchen Fällen ist es auch möglich, die Entstehung von Verschiebungsblindleistung von vornherein zu vermeiden.
Blindleistung - Nachteile für Unternehmen?
Als Betreiber einer Produktion in Deutschland mit hohem Energie Bedarf stellt gerade der Mittelstand den Leistungsfaktor schlechthin dar. Hohe Kosten für elektrische Leistung aus dem Stromnetz sind eine dauerhafte Belastung für jedes Unternehmen. Bei jedem im Betrieb laufenden Motor unter Wechselspannung mit einer bestimmten Anzahl Watt als Verbraucher tritt leider durch die Verschiebung der Phase bzw. Frequenz zwischen Spannung und Stromstärke das im Wechselstrom bekannte Phänomen der Blindleistung auf. Vonseiten der Kraftwerke aus wird in den Verteilnetzen mit Wechselspannung zwar ein Wechselstrom zur Blindstrom Kompensation in Richtung Verbraucher geschickt, doch durch die Einspeisung von regenerativem Strom aus neuen Energien ins Netz, werden den Flächenverteilnetzen ihre Grenzen aufgezeigt. Es gilt daher für die Anlagen in der Produktion, das Absichern für den Leistungsfaktor Motor bzw. Maschine unabhängig vom Stromnetz, Stromfluss oder Kraftwerk in Erwägung zu ziehen, was heißt: eine Blindstromkompensationsanlage kaufen. Diese Investition zur Sicherung der Scheinleistung (zusammengesetzt aus der tatsächlichen Wirkleistung und der Blindleistung der Apparate) bringt jedes Unternehmen in die Phase der Überlegung auf netz unabhängige Erzeugung der Energie umzusteigen beispielsweise über die eigene Solaranlage.
Blindleistungskompensation: Blindstromkompensation durch Blindstromanlagen
Bestimmte Generatoren, die in Kraftwerken als Kompensationsanlage eingesetzt werden dienen recht flexibel zur Erzeugung von Blindleistung für das Netz. Ein nicht unüblicher Einsatz, jedoch streng genommen keine Blindleistungskompensation, denn hierbei wird die erforderliche Blindleistung nicht direkt vor Ort produziert, an dem der Blindstrom auftritt.
Will ein Unternehmen eine Blindstromkompensationsanlage kaufen, so ist die variable Blindleistungskompensation auf unterschiedlichen Wegen umsetzbar:
Mit entsprechender Regelung betriebene, sog. Synchromotoren, sind bestens für hohe Blindströme geeignet. Das Prinzip der rotierenden Blindleistungskompensatoren hat jedoch den Nachteil, zu erhöhten Verlusten bei der Energie beizutragen. Mithilfe einer Kompensationsdrossel in Form einer Spule erzielt man eine sog. Phasenanschnittsteuerung, was jedoch auch zur Erzeugung einer variablen Blindleistung führen kann. Die dabei bedauerlicherweise auch entstehenden Oberwellen müssten mit geeigneten Installationen hinzukommend auch noch herausgefiltert werden, was den Einsatz dieser Variante deutlich begrenzt. Gängigste und effektivste Variante einer Kompensationsanlage ist die Zuschaltung eines singulären Kondensator oder mithilfe einer Kompensationsdrossel über sog. zuschaltbare Thyristoren.
Nebenwirkungen von Blindleistungskompensation
Grundsätzlich ist der aktive Einsatz von Einrichtungen zur Blindstromkompensation nur sinnvoll, wenn die zu kompensierende Beanspruchung im Stromnetz überhaupt in Betrieb ist. Andernfalls könnten Apparate zur Blindstrom Kompensation selber für eine unerwünschte Blindleistung sorgen. Eine störende Auswirkung der Blindstromkompensation mit Hilfe von Kondensatoren kann eine starke Absenkung der Signale für die Steuerung sein, da der Kondensatoren einen geringen Scheinwiderstand darstellt. Abhilfe bringt hier der Einsatz einer Kompensationsdrossel zum Zweck der Frequenz Erhöhung.
Generell benötigt jeder im Wechselstrom oder Drehstrom betriebene Generator, Trafo, Kondensator etc. somit jeder elektrisch betriebene Motor ein Magnetfeld, damit dieser überhaupt funktioniert und zu seinem eigentlichen Einsatz kommen kann. Um eben genau dieses zunächst einmal aufzubauen und beim Ausschalten auch wieder abzubauen, wird Energie in Form von Strom benötigt, der der eigentlichen Funktion der Apparatur nicht zur Verfügung steht. Dieser Strom und damit die Leistung der entsprechenden Maschine ist physikalisch gesehen ein notwendiges Übel, trägt jedoch nichts zum eigentlichen Betrieb des Motors bei und wird als Blindleistung (ganz genau als induktive Blindleistung) bezeichnet. Leider entstehen dem Unternehmen dadurch auch Kosten – das Thema Blindstromkompensation sollte im energieintensiven, produzierenden Gewerbe daher nicht außer Acht gelassen werden.
In der Elektrotechnik stellen sowohl Stromstärke als auch Spannung physikalisch gesehen eine aus der Mathematik bekannte Form der Sinuskurve dar. Um die optimale elektrische Leistung zu erhalten, sollten beide dieselbe Frequenz haben. Leider tritt in der Praxis der unvermeidliche Fall ein, dass eben diese beiden Kurven zuweilen nicht genau gleich verlaufen, sondern eine Phasenverschiebung auftritt. Genau dadurch entsteht Blindleistung und die eigentliche Wirkleistung der Anlage wird dadurch verringert.
Ganz besonders, aber nicht nur für energieintensive Produktionsbetriebe, stellt das Auftreten der Blindstrom-Problematik durchaus einen erheblichen Kostenfaktor dar. Über die Blindstrom Kompensation soll und muss die Unternehmensleitung sich gerade vor dem aktuellen Hintergrund der steigenden Energiekosten aber auch aus Nachhaltigkeitsgründen durchaus Gedanken machen. Schnell greifende Kostensenkungsmaßnahmen wie den Bezug von Gewerbestrom über eine Einkaufsgemeinschaft können zum Abbau der Kosten zeitnah beitragen, mittelfristig kann die Anschaffung und der Einsatz einer Kompensationsanlage die Energiekosten absichern oder gar senken.
Das bei unter Wechselspannung betriebenen Anlagen auftretende Phänomen bezeichnet den Anteil des Stromes, der keine Leistung überträgt, ganz im Gegenteil zum Wirkstrom. Im Stromnetz wandert der Blindstrom regelrecht hin und her zwischen dem Ort der Produktion wie einem Kraftwerk und den Verbrauchern wie zum Beispiel der produzierenden Anlage eines Unternehmens, wodurch dem Betrieb unfreiwillig Kosten entstehen und das Verteilnetz belastet wird. Diese Nebenerscheinung im Stromfluss stellt auch im Verteilnetz in Deutschland kein unerhebliches Problem und eine Belastung für die Energieerzeuger dar und nimmt mit zunehmender Einspeisung durch die Erneuerbaren Energien stetig zu. Abhilfe kann hier die Installation einer Solaranlage bringen, die den Bedarf an Gewerbestrom im Unternehmen ganz oder zumindest teilweise deckt.
Blindleistung und Wirkleistung ergeben zusammen die Scheinleistung – diese Summe stellt also die Menge an Strom dar, die dem Verbraucher also der Anlage aus dem Netz zur Verfügung gestellt werden muss. Hier verweisen die Physiker unter den Naturwissenschftlern gerne auf die Metapher, wie überflüssig der Schaum auf einem Bier frisch vom Zapfhahn ist. Die Nichtbiergenießer unter den Physikerkollegen betonen dabei, dass ein Glas Bier (= Wirkstrom) schneller gezapft werden kann, wenn es den Schaum (= Blindstrom) nicht geben würde. Leider kann es die beiden nun einmal nur gemeinsam geben (= Wirkstrom).
