Netzfrequenz sinkt jede Minute: USV und Batteriespeicher als Ursache

Vom Wasserkraftwerk zur verborgenen Uhr

Der stabile Netzbetrieb setzt voraus, dass die Frequenz in einem bestimmten Bereich bleibt. Große Schwingungen oder falsche Reaktionen der Betreiber, die die Ursache nicht kennen, können zu Blackouts führen. Auch ohne Ausfall können Frequenzeinbrüche Kraftwerkstechnik beschädigen, besonders Turbinen in Wasserkraftwerken.

Wasserkraft war daher der erste Verdacht, denn Turbinenresonanzen gelten historisch als Treiber ultraniedriger Frequenzschwingungen. Mit einem Computermodell der Regelung eines Wasserkraftwerks im skandinavischen Netz fand das Team Bedingungen für eine Resonanz im Minutentakt. Warum das Signal aber Minute für Minute anhielt, blieb offen. Diese Regelmäßigkeit deutete auf eine Uhr hin.

Auf dem Jülicher Campus, mit Solaranlagen, Batteriespeichern und USV-Geräten, installierten die Forscher mehr als 80 smarte Messgeräte für die Netzqualität. Am Transformator des Batteriespeichers traten die Spitzen jede Minute auf. Da die Geräte mit dem Internet verbunden sind, laufen ihre Uhren nahezu synchron, sodass sich einzeln kaum spürbare Störungen aufaddieren.

Irland zeigt den Effekt

Daten von Netzbetreibern führten nach Irland, wo Rechenzentren 2022 bereits 18 Prozent der Netzlast ausmachten. Zwischen 2016 und 2021 vervierfachte sich der Minutentakt-Einbruch von 3 auf 12 Millihertz, zuletzt lagen einzelne Ausschläge über 20 mHz. Das irische 50-Hz-Netz ist auf Schwankungen von plus/minus 200 mHz ausgelegt, der Betreiber möchte unter 100 mHz bleiben. 20 mHz sind wenig, doch zusammen mit anderen Lasten könnten sie das Netz Richtung Blackout schieben.

Die Forscher empfehlen Herstellern von USV und Großbatterien, den Zeitpunkt der Prüfung zufällig zu streuen. Auch IoT-Geräte, darunter ein smarter Ofen und Raspberry-Pi-Cluster, zeigten periodische Schwankungen. Ein Software-Patch genügt, doch laut einer aktuellen Studie läuft weniger als 3 Prozent der IoT-Geräte mit der neuesten Firmware. Regulierer könnten bald eingreifen, doch wegen des globalen Charakters ist letztlich internationale Abstimmung nötig.