Meilenstein in der Wasserkraft Das steckt hinter Europas größtem Pumpspeicherkraftwerk

Seit April 2017 ist das neue Pumpspeicherkraftwerk Frades II des portugiesischen Energieversorgers Energias in Betrieb. Dafür hat Voith zwei drehzahlvariable Pumpturbinen mit je 390 MW Nennleistung, zwei asynchrone Motorgeneratoren mit je 440 MVA Nennleistung, die Frequenzumrichter und die Leittechnik sowie stahlwasserbauliche Komponenten geliefert. Die Maschineneinheiten sind laut Voith die leistungsfähigsten und größten ihrer Art in Europa.

Asynchronmotor mit variabler Drehzahl

„Das zentrale Element der Anlage ist ein spezieller asynchroner Motorgenerator: die doppelt gespeiste Asynchronmaschine“, erklärt Thomas König, zuständig für Electrical Balance of Plant bei Voith Hydro Deutschland. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Synchronmaschine, deren Drehgeschwindigkeit fest an die Netzfrequenz von 50 Hz gebunden ist, wurde bei den beiden neuen doppelt gespeisten Asynchronmaschinen die mechanische Drehgeschwindigkeit von der Netzfrequenz entkoppelt und kann variieren.

Mehr Stabilität fürs Stromnetz

Das neue System hat zwei Vorteile: Zum einen kann die Anlage schneller und flexibler auf die aktive und reaktive Nachfrage aus dem Stromnetz reagieren. Zum anderen bietet es zusätzlich Stabilität bei Spannungsabfall, verringert die Wahrscheinlichkeit eines Stromausfalls und ermöglicht die schnelle Wiederinbetriebnahme sollte es doch zu einem Ausfall kommen.

„Wenn die Netzspannung auf 5 Prozent ihres Normalwertes sinkt, kann sie das Kraftwerk Frades II für 600 Millisekunden lang stabil halten – viermal länger als klassische Turbinen mit fester Drehzahl. Dieser Zeitunterschied kann im Extremfall entscheidend sein, wenn es darum geht, einen großflächigen Stromausfall zu verhindern“, so Thomas König.

Systeme neu erfunden

Das neue Pumpspeicherkraftwerk Frades II stellte diverse Herausforderungen an die Voith-Ingenieure. So musste beispielsweise der Rotor des Motorgenerators komplett umgestaltet werden, um mit den hohen Zentrifugalkräften, dem viel höheren Strom und der Spannung aus dem Frequenzumrichter fertig zu werden. Der Umrichter für die Erregung ist größer, schwerer und 25-mal leistungsfähiger als der in einer vergleichbaren synchronen Anlage und erfordert deshalb ebenso ein neues elektrisches Schutzsystem.

Lars Meier, Leiter Technisches Vertriebs- und Angebotsmanagement bei Voith Hydro Deutschland, erklärt: „Die Motorgenerator-Technologie mit variabler Drehzahl bei Frades II erhöht die Gesamtzahl der Betriebsstunden der Anlage. Mehr Betriebsstunden und höhere Verfügbarkeit generieren mehr Umsatz und letztendlich mehr Gewinn. Dies ist einer der Gründe, warum vergleichbare Kraftwerke die erforderlichen Investitionen sehr schnell abschreiben können. Ein weiterer toller Nebeneffekt der Technik ist die insgesamt gesteigerte betriebliche Effizienz.“