Gesamtkraftwerk
Schwarzenbachwerk
Mit dem Schwarzenbachwerk entsteht in Forbach eines der modernsten Pumpspeicherkraftwerke Deutschlands. Es nutzt überschüssige Energie im Stromnetz, um Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken zu pumpen. Diese Energie wird dort gespeichert und kann bei Bedarf abgerufen und wieder ins Netz eingespeist werden. Dies trägt zur Erhöhung der Versorgungssicherheit im Stromnetz bei.
Ein Großteil unserer Stromversorgung soll mittelfristig von Wind- und Solarkraftwerken übernommen werden. Wenn allerdings viel Wind geht und die Sonne kräftig scheint, erzeugen die Wind- und Solarkraftwerke mehr elektrische Energie als im Moment im elektrischen Versorgungsnetz benötigt wird. Diese überschüssige Energie kann u.a. genutzt werden, um das Wasser über die Pumpturbine vom Unterbecken in das Oberbecken zu pumpen. Die Pumpturbine funktioniert in diesem Fall wie eine Wasserpumpe in einem Garten-Springbrunnen, nur die Leistung ist um ca. Faktor eine Million größer. Die Leistung der Pumpturbine kann über einen modernen Frequenzumrichter (Vollumrichter) zw. ca. 50 % und 100 % geregelt und damit optimal auf die im Netz vorhandene überschüssige Energie abgestimmt werden. Wenn es Nacht wird und der Wind sich gelegt hat, erzeugen die Wind- und Solarkraftwerken keine elektrische Energie mehr, d.h. im elektrischen Versorgungsnetz fehlt Energie. Die Versorgung der angeschlossenen Haushalte ist nicht mehr gewährleistet. Die notwendige Energie kann die Pumpturbine zur Verfügung stellen, indem Wasser vom Oberbecken über die Turbine ins Unterbecken geleitet wird. Der Durchfluss des Wassers durch die Turbine kann variabel zwischen ca. 20 % und 100 % eingestellt und damit die Erzeugungsleistung zw. ca. 20 % und 100 % geregelt werden. Über die Durchflussregelung kann die erzeugte elektrische Energie an den Bedarf im elektrischen Versorgungsnetz optimal angepasst werden um die Versorgung der angeschlossenen Haushalte sicherstellen. Auch tagsüber kann, z.B. durch eine aufziehende Wolkenfront, die Stromproduktion von Solarkraftwerken schlagartig einbrechen. In diesem Fall ist kann die Pumpturbine binnen Sekunden von auf Pumpbetrieb auf Turbinenbetrieb umschalten. Im Gegenzug, wenn z.B. plötzlich der Wind auffrischt, d.h. die Produktion von Windstrom schlagartig ansteigt, ist ebenso binnen Sekunden eine Umschaltung von Turbinenbetrieb auf Pumpbetrieb möglich, d.h. die Pumpturbine kann nahezu ohne Verzögerung auf Schwankungen im Stromversorgungsnetz reagieren und diese ausgleichen. Aufgrund ihrer Schwarzstart- und Inselbetriebsfähigkeit kann die Pumpturbine sogar bei Komplettausfall des Stromversorgungsnetzes die Stromversorgung von rund 30.000 Haushalte sicherstellen, d.h. bei Blackout leuchten min. in Forbach, Gausbach und Umgebung die Lampen.Schwarzenbachwerk
Das modernste Pumpspeicher-kraftwerk in Deutschland.
Pumpturbine
Die Hauptfunktion der Pumpturbine ist die Stromerzeugung bzw. -speicherung.
Im Turbinenbetrieb wird Wasser aus der Schwarzenbachtalsperre über einen 1,64 km langen Druckstollen zum Laufrad der Pumpturbine gleitet und versetzt dieses in Rotation. So wird die im Wasser „gespeicherte“ Höhenenergie am Pumpturbinenlaufrad in mechanische Energie umgewandelt und über die Turbinenwelle an den Generator übertragen, der elektrische Energie erzeugt.
Eine Besonderheit der Pumpturbine ist die Möglichkeit der Drehrichtungsumkehr. Der Generator fungiert hier als Motor und die Pumpturbine befördert Wasser aus dem Kavernenspeicher in das Staubecken der Schwarzenbachtalsperre.
- Energieerzeugung an Tagen mit wenig Wind und Sonneneinstrahlung
- Energiespeicherung an Tagen mit viel Wind und Sonneneinstrahlung
Der Wälzwirkungsgrad beträgt 83 %, dies bedeutet, dass 83 Prozent der gespeicherten elektrischen Energie wiedergewonnen werden kann.
Technische Daten
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Leistung an der Welle:
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53,8 MW Turbine / 55,9 MW Pumpe
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Durchfluss:
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16,5 m³/s Turbine / 15,7 m³/s Pumpe
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Lieferant:
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Andritz Hydro, Ravensburg
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Motorgenerator
Die Hauptfunktion des Generators ist die Kopplung zwischen Mechanik und Elektrik.
Im Turbinenbetrieb wirkt der Motorgenerator als Generator. Der Generator ist über eine Welle starr mit der Pumpturbine verbunden. Das Laufrad der Pumpturbine, angetrieben durch die Strömung des Wassers, versetzt die Welle in eine Drehbewegung. Dadurch erfolgt die Übertragung von mechanischer Energie der Pumpturbine zum Generator. Der Generator wandelt diese mechanische Energie in elektrischer Energie um und speist diese in des Stromversorgungsnetz ein.
Im Pumpbetrieb wirkt der Motorgenerator als Elektro-Motor, der das Laufrad der Pumpturbine durch Entnahme elektrischer Energie aus dem Stromversorgungsnetz antreibt. Dadurch wird das im Unterbecken gespeicherte Wasser in die Schwarzenbachtalsperre gepumpt. Die Regelung der Pumpleistung erfolgt über den Vollumrichter
Technische Daten
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Max. Leistung im Pumpbetrieb:
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56,71 MW
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Max. Leistung im Turbinenbetrieb:
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53,08 MW
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Wirkungsgrad:
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ca. 98,5 %
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Lieferant:
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Andritz Hydro, Ravensburg
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Vollumrichter
Die Hauptfunktion des Vollumrichters ist die Regelung der Pumpleistung.
Im Pumpbetrieb wirkt der Motorgenerator als Motor, der das Laufrad der Pumpturbine antreibt.
Die Höhe der Pumpleistung, d.h. wieviel Wasser vom Unterbecken ins Oberbecken verlagert wird, ist abhängig von der Höhe der Leistung des Motorgenerators, d.h. wieviel elektrische Energie der Motor aus dem Stromversorgungsnetz entnimmt.
Bei hohem Energieüberschuss im Stromversorgungsnetz ist die Pumpe mit großer Leistung zu betreiben, d.h. viel Wasser wird vom Unterbecken ins Oberbecken verlagert, bei geringerem Energieüberschuss im Stromversorgungsnetz ist die Leistung der Pumpe zu drosseln, d.h. nur wenig Wasser wird vom Unterbecken ins Oberbecken verlagert.
Über den Vollumrichter ist es möglich die Motorleistung und damit die Leistung der Pumpe zu regeln und optimal auf die im Netz vorhandene überschüssige Energie abzustimmen.
Technische Daten
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Leistung:
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66,45 MVA
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Typ:
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Direkt-Umrichter
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Lieferant:
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Hitachi Energy, CH-Turgi
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Murgwerk
Das Murgwerk ist ein Speicherkraftwerk, das Wasser aus dem Sammelbecken Kirschbaumwasen zu drei Maschineneinheiten leitet, die Strom erzeugen. Der Betrieb richtet sich nach dem aktuellen Energiebedarf. Das genutzte Wasser wird schließlich in das Ausgleichsbecken in Forbach geleitet.
Das Murgwerk ist ein Speicherkraftwerk mit 3 Maschineneinheiten jeweils bestehend aus einer Francis-Turbine und einem Synchrongenerator. Das im Sammelbecken Kirschbaumwasen aufgestaute Wasser der Murg wird über einen 5,6 km langen Stollen zu den Maschineneinheiten des Murgwerks geleitet. Ein Teil des aufgestauten Wassers wird jedoch direkt wieder in die Murg abgelassen (Mindestwasserabgabe). Die Francis-Turbinen der Maschineneinheiten produzieren kinetische Energie, die dann über Generatoren in Strom umgewandelt wird. Das zur Stromerzeugung benutzte Wasser wird dem Ausgleichsbecken des Kraftwerks in Forbach zugeführt. Der Einsatz der Maschineneinheiten erfolgt in Abhängigkeit des aktuellen Energiebedarfs im elektrischen Versorgungsnetz. In Zeiten erhöhten Energiebedarfs wird Volllastbetrieb gefahren, in Zeiten niedrigen Energiebedarfs stehen die Maschinen bzw. sind im Mindestlastbetrieb. Durch den natürlichen Zulauf der Murg füllt sich das Sammelbecken Kirschbaumwasen von alleine wieder auf.Murgwerk
Technische Daten
Transformatoren
Ein Transformator dient zur Spannungswandlung, um die von Generatoren erzeugte Energie auf die benötigte Netzspannung zu bringen. Im Schwarzenbachwerk wird die Ausgangsspannung von 12,7kV auf 110kV transformiert, während im Murgwerk die Spannung von 6,3kV auf 20kV gewandelt wird.
Die Hauptfunktion eines Transformators ist die Spannungswandlung. Zur Einspeisung elektrischer Energie in das Stromnetz muss die von den Generatoren erzeugte Ausgangsspannung auf die jeweilige Netzspannung gewandelt bzw. transformiert werden. Die vom Motorgenerator des Schwarzenbachwerks erzeugte Energie wird über den Vollumrichter auf 50 Hz Netzfrequenz gebracht. Der neue „Maschinentransformator SBW“ wandelt die Ausgangsspannung des Vollumrichters in Höhe von 12,7 kV auf 110 kV Netzspannung. Anschließend kann diese Energie in das 110 kV Netz eingespeist werden. Die Einspeisung der im Murgwerk erzeugten Energie erfolgt ins 20 kV Netz. Die Generatoren des Murgwerks erzeugen eine Ausgangsspannung von 6,3 kV, welche mittels des neuen „Blocktransformator Murgwerk“ auf 20 kV gewandelt wird. Eine Besonderheit der beiden Transformatoren des PSW Forbach ist, dass diese mit einer Wasserkühlung ausgerüstet sind. Im Gegensatz zu einer Luftkühlung kann dadurch die an die Umgebungsluft abgegebene Wärme auf ein Minimum reduziert werden.Transformatoren
Technische Daten
Schwarzenbachwerk
Murgwerk