Aufbau von Stromnetzen - Aufgaben und Übungen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

1) Wie kann "Strom" durch die Stromnetze "transportiert" werden und wie ist in Deutschland das Stromnetz aufgebaut?

a) Im Prinzip kann elektrischer Strom als Wechselstrom oder als Gleichstrom über Stromnetze "transportiert" werden. In Deutschland setzt sich das Stromnetz zusammen aus dem Übertragungsnetz und dem Verteilungsnetz. Bei der Weiterleitung im Verteilungsnetz unterscheidet man zwischen Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetz.

b) Elektrischer Strom kann nur als Gleichstrom über Stromnetze "transportiert" werden. In Deutschland besteht das Stromnetz nur aus einem Übertragungsnetz.

2) Im sogenannten Übertragungsnetz wird Wechselstrom transportiert? Warum und wo ist der Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom, der transportiert wird?

a) Strom wird hauptsächlich in Form von Wechselstrom transportiert, da er relativ einfach transformierbar ist. Im Gegensatz zum Transport von Gleichstrom (nur ohmscher Widerstand), "entsteht" beim Transport von Wechselstrom zusätzlich auch kapazitiver und induktive Widerstand.

b) Strom wird hauptsächlich in Form von Gleichstrom transportiert, da er relativ einfach transformierbar ist. Im Gegensatz zum Transport von Gleichstrom (nur ohmscher Widerstand), "entsteht" beim Transport von Wechselstrom zusätzlich auch kapazitiver Widerstand.

3) Warum "transportiert" man den Strom im Übertragungsnetz mit hohen Spannungen?

a) Bei höheren Spannungen kann der Strom im Übertragungsnetz schneller transportiert werden. Die Elektronen (Stromfluss) erreichen so Lichtgeschwindigkeit. Spannung ist nichts anderes, als eine Kraft, die einen Körper (=> Elektronen) beschleunigt. Je größer die Kraft, umso schneller kann der Körper beschleunigt werden.

b) Sobald ein Strom durch Leitungen fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt (Leitungen haben einen ohmschen Widerstand). Um diesen Ohmschen Widerstand so gering wie möglich zu halten, wird der Strom mit hohen Spannungen transportiert. Dies lässt sich auch aus dem Stromwärmegesetz (auch als Erstes Joulesches Gesetz bezeichnet) ableiten, dass besagt, dass ein elektrischer Strom eine Wärmeenergie erzeugt.

4) Früher war das Stromnetz einfach zu regulieren, heute ist die Regelung schwierigen (=> Smart Grid). Warum?

a) "Früher" speisten große Kraftwerke Strom in die Hochspannungsnetze, von dort aus über die regionalen Verteilnetze. Von dort aus wird/wurde der Strom über das Mittelspannungsnetz und das Niederspannungsnetz zum Endverbraucher transportiert (wobei innerhalb des Transportes eine Transformation stattfindet). Inzwischen gibt es diese "Einbahnstrasse" nicht mehr, so haben wir inzwischen zentrale und lokale Stromerzeuger. Damit muss Stromerzeuger, Stromspeicher und Verbraucher vernetzt und der Energietransport (in beide Richtungen) gesteuert werden (=> Smart Grid).

b) Fürher war das Stromnetz auch nicht einfacher zu regulieren als heute. Das sogenannte hierarchische Konzept des "Stromflusses" hat sich nicht (wesentlich) geändert. Im Gegenteil, durch die Überwachung des Stromnetzes durch computergestützte Geräte ist die Regulierung des Stromnetzes wesentlich einfacher, als noch vor einigen Jahrzehnten.

5) Welche Möglichkeit gibt es, den "Stromtransport" im Stromnetz zu regeln?

a) Im Prinzip wird der Strom durch Transformatoren im Stromnetz geregelt. Der eingespeiste Strom (in die Übertragungsleitung) hat eine Spannung von 220.000 Volt. Am Ende des Netzes (im Niederspannungsnetz) hat er noch eine Spannung von 230 Volt. Von hier aus wird der Endverbraucher mit elektrischer Energie versorgt,

b) Jedes Stromnetz hat eine sogenannte Last. Somit gelingt es, durch die "Lastregelungen in den Stromnetzen", den Stromtransport zu regeln. Dabei macht man sich zu nutze, dass Frequenz des Stromes im Netz (=> Netzfrequenz) und die Netzlast umgekehrt proportional ist, d.h. wenn viele Endverbraucher an das Stromnetz angeschlossen sind, sinkt auch die Netzfrequenz. Somit kann die Netzfrequenz als Regelgröße verwendet werden

6) Wie können Energieschwankungen im Stromnetz ausgeglichen werden?

a) Eine Möglichkeit (bei Energieschwankungen) ist der Ausgleich über Energiespeicher, die am Stromnetz hängen und geladen und entladen werden können (je nach Situation)

b) Energieschwankungen im Stromnetz können dadurch ausgeglichen werden, dass die Stromerzeuger die sogenannte Netzfrequenz von 50 Hz erhöhen. Dies führt zu einem Ausgleich des Energieflusses innerhalb des Stromnetzes.

7) Warum ist der Aufbau von "intelligenten Stromnetzen" ("Smart Grid") so wichtig?

a) Elektrische Energie lässt sich nur unter größen Verlusten speichern. Früher gab es das hierarchische Konzept des Stromflusses, das Planungen innerhalb des Stromnetzes ermöglicht. Heute muss der Stromfluss geregelt werden. Hiebei gilt: je besser die Lastregelung in einem solchen "intelligenten Stromnetz" funktioniert, umso besser kann die Last an die Primärstromerzeuger angepasst werden (Großkraftwerke) und es werden keine (bzw.weniger) Stromspeicher benötigt.

b) Der Aufbau von intelligenten Stromnetzen ist aus physikalischer Sicht unnötig.

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