Blackout im Wasserversorgungsbereich: Was tun, wenn alles steht?

Autor: Dr. Stefan Haslinger (Leitung Energieverteilung) und Ing. Martin Daxböck (Leitung Wassertechnik) Schubert Elektroanlagen , 28.02.2022

Das Thema Blackout scheint in Österreich nicht mehr unwahrscheinlich. Immer häufiger wird es zum Gesprächsthema, begleitet es uns doch beinahe täglich in vielen Medien.

Am 12. November 2021 auch die Blackout-Übung „ENERGIE 21“ über die Bühne und eine Kommunikationsoffensive und Einschaltungen des Bundesheers weisen eindringlich auf die reale Gefahr eines Blackouts hin.

Als Blackout bezeichnet man den plötzlichen, überregionalen Stromausfall großer Stromnetze. Ein solcher Ausfall führt im Gegensatz zu kleineren, lokalen Stromausfällen vor allem bei längerer Dauer auch zu weitreichenden Einschränkungen in der Infra­struktur wie etwa im Bereich Telekommunikation, Wasser-, Abwasser, Geld-, Lebensmittel-, Treibstoff- und Gesundheitsversorgung, usw. Doch wie realistisch ist die Gefahr eines großen Blackouts in Österreich? „Die Wahrscheinlichkeit eines 24 Stunden Blackouts in Österreich liegt in den nächsten fünf Jahren bei 100 Prozent“, so die Risikoeinschätzung von Barbara Schmidt, Generalsekretärin Österreichs Energie (Ö1 Morgenjournal). Nach dem Beinahe-Event am 8. Jänner 2021, bei dem der Kontinent knapp an einem Blackout vorbeigeschrammt ist, kam Europa bei einem merklichen Frequenzabfall Mitte Mai erneut mit einem Beinahe-Blackout glimpflich davon. Daraus schloss Verteidigungsministerin Klaudia Tanner im Gespräch mit der Wiener Zeitung: „Österreich ist keine Insel der Seligen, sondern liegt mitten im Herzen Europas. Das heißt, auch wir müssen in nächster Zeit mit einem Blackout rechnen.“ Auch eine Auswertung der ungeplanten Versorgungsunterbrechungen in Österreich, gerade in den kalten Monaten in denen Österreich vermehrt auf Stromimporte angewiesen ist, zeigt eine deutliche Zunahme und daher ein steigendes Bedrohungsszenario. Letztendlich lässt sich die Aktualität des Themas in den Medien durch diese realen „Weckrufe“ und das somit real wahrgenommene Bedrohungspotential großflächiger und langanhaltender Infrastrukturausfälle erklären. Die Vorbereitung auf ein solches Ereignis ist somit gerade für Betreiber kritischer und wichtiger Infrastruktur mehr als nur empfehlenswert.    
    
Richtig vorsorgen im Wasserversorgungsbereich    
Jeder Betreiber einer kritischen Infrastruktur, insbesondere einer Wasserversorgung, wird sich mit geeigneten Vorsorgemaßnahmen auseinandersetzen. Die Lieferung eines Standardkonzepts, geeignet für alle Betreiber, ist auf Grund der in Österreich unterschiedlichen Voraussetzungen, wie topologische Lage, Speichermöglichkeit des Wassers, Quellwasser oder Tiefenbrunnen, etc. schwer möglich. So ist für nahezu jeden Wasserversorger, ein speziell an seine Gegebenheiten angepasstes Konzept auszuarbeiten.    

Welche Zeitspanne gilt es zu überbrücken?
Je weiter westlich in Österreich umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Trinkwasserversorgung über Quellzuläufe und Hochbehälter ohne sehr große Zusatzaufwendungen aufrechterhalten werden kann. Aber auch bei solchen Anlagen wirkt sich ein länger anhaltender Stromausfall auf die Versorgungssicherheit aus. Beinahe jede Quelle wird über UV-Desinfektionsanlagen samt Messgeräten und Regelorganen betrieben, welche natürlich ebenfalls Energie benötigen. Überwachungsgeräte und Stellorgane werden in der Regel bereits jetzt über kleinere Batterieanlagen versorgt, welche dann noch für einige Stunden in Betrieb gehalten werden können. Größere Verbraucher wie z.B. eine UV-Desinfektionsanlage sind mit solchen Maßnahmen nicht in Betrieb zu halten und werden bei einem Netzausfall abgeschaltet und somit das Quellwasser ausgeleitet. Ein länger anhaltender Stromausfall mit einer Dauer von mehr als 24 Stunden wird somit auch das Speichervolumen großer Trinkwasserbehälter überschreiten und somit zu einem Ausfall der Trinkwasserversorgung führen, obwohl das Wasser eigentlich vorhanden wäre. Sinnvoll ist, dass bei einem Blackout eine Versorgung von zumindest 24 Stunden sichergestellt werden muss und eine Versorgung von bis zu 72 Stunden die Einsatzkräfte wesentlich entlasten würde.    

Mögliche Ersatzstromkonzepte      
In der Vergangenheit wurde durch mobile bzw. fix installierte Notstromaggregate versucht die Versorgung aufrecht zu erhalten. Notstromaggregate mit automatisierter Generatorsteuerung bieten sicherlich eine gute Basis, die jedoch wartungsintensiv ist und regelmäßig unter einsatzmäßigen Bedingungen getestet werden muss. Zudem ist es nicht optimal, wenn der Dieselgenerator ständigen Lastwechseln unterworfen ist, soll doch die Laufzeit bei einem Blackout durch ein optimales Lastmanagement möglichst verlängert werden. Das regelmäßige Entsorgen und Erneuern des Treibstoffs sind ebenfalls mit ­erheblichen und vermeidbaren Kosten verbunden. Um dennoch für längerfristige Stromausfälle gut gerüstet zu sein, kommen heute vermehrt auch ergänzende, innovative Technologien wie Batterie-Energiespeicher, manches Mal auch in Zusammenhang mit einer PV-Anlage, zum Einsatz. Batterie-Energiespeicher die über eine Inselnetz- und Schwarzstartfähigkeit verfügen, können als Ersatzstromanlage betrieben werden und bieten für Wasserversorgungsinfrastruktur die perfekte Möglichkeit, um Diesel-Generatoren nicht dauerhaft und im Teillastbereich betreiben zu müssen. Vorhandene Ersatzstrom- oder Notstrom-Generatoren können dann wie ein Range-Extender in modernen Hybrid­Autos betrachtet werden. Das heißt, der ­Generator kann, wenn nötig, zugeschaltet werden und läuft dann mit konstanter, gleichbleibender Leistung, um den Energiespeicher nachzuladen. Ergänzend kann der Batteriespeicher bei Sonnenschein auch mit einer PV-Anlage nachgeladen werden. Je nach Lastmanagement kann hier die UV-Desinfektion (9), Pumpen (7,8), Sensortechnik (12), Sicherheitstechnik (11), Leittechnik vor Ort (10) bzw. LWL Kommunikation zu zentralen Stellen (12) oder auch zwischen Pumpstationen untereinander, aufrechterhalten werden (siehe Abbildung dazu links oben).

Energiespeicher zur Blackout-Vorsorge    
Bei jedem Blackout-Konzept ist natürlich der Energieverbrauch der Gesamtanlage ausschlaggebend. Ein Hochbehälter mit kleiner UV-Anlage (mit ca. 1.000 W Anschlussleistung), könnte somit mit einem 75 kWh  Energiespeicher für etwa 72 Stunden, also bis zu drei Tage, in Betrieb gehalten werden. In Verbindung mit einer PV-Anlage kann zusätzlich der Energiebedarf im Betrieb selbst erzeugt werden bzw. bei einem Blackout durch ein Nachladen des Speichers mit PV-Strom ein Betrieb über drei Tage hinaus ermöglicht werden. Ein bereits vorhandener Diesel-Generator kann darüber hinaus, entlastet, optimiert oder gar ersetzt werden.    

Für jede Herausforderung geeignet    
Komplizierter und aufwendiger wird die Situation, wenn das Wasser über Pumpen (z.B. aus Brunnen, über Drucksteigerungsanlagen oder über Aufbereitungsanlagen) befördert werden muss. Bei solchen Anlagen bietet die Kombination einer kleinen bis mittleren PV-Anlage, eines kompakten Outdoor-Energiespeichers mit z.B. 65 kVA Nennleistung sowie einem leistungsfähigen Diesel-Generator mit bis zu 100 kVA Leistung eine wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit, um ein größeres Diesel-Aggregat optimal, im konstanten Lastbereich zu betreiben bzw. auch optimal auszulegen. Denn ein großes Netzpumpwerk einer Stadt mit durchschnittlich 100 kW Pumpleistungsbedarf und einem Treibstoffverbrauch von mehr als 1.700 Liter in 72 Stunden würde durch einen optimierten Betrieb mit einem Energiespeicher im Falle eines Blackouts bis zu 30 Prozent länger bzw. effizienter laufen. Für Anlagen mit einer Größe von 100 kVA und mehr wird daher jedenfalls ein Notstromaggregat, entweder fix installiert oder mobil auf einem Anhänger aufgebaut, zur Ausführung kommen. Auch hier bietet ein Batterie-Energiespeicher die Möglichkeit rasch zu reagieren und einen optimalen Betrieb des Diesel-Aggregats sicherzustellen. Zu beachten ist, dass bei einem Blackout nicht allein auf mobile Notstromaggregate gesetzt werden sollte, da diese grundsätzlich nur für Wartungen vorgesehen sind und bei einem Blackout unter großen logistischen Anstrengungen erst herangeschafft werden müssen. Je nach Leistungsbedarf der jeweiligen Station ist auch eine Kombination von unterschiedlichen Technologien (Aggregat, Energiespeicher, etc.) möglich.    

Kompetente Umsetzung gefragt    
Die richtige Planung, das kompetente Engineering und eine praxistaugliche Ausführung eines ganzheitlichen Blackout-Konzepts steht dabei im Vordergrund. Das für jede Anlage notwendige, zumeist unterschiedliche Konzept, bedarf einer soliden Planung, Konzep­tion und Beratung, entweder von einem ge­eigneten Planer aus dem Wasser- und Um­-i welttechnikbereich oder von einem System­integrator und Lösungsanbieter der über An­lagen- und Prozess-Knowhow für Wassertechnik, Energieversorgung und -verteilung gleichermaßen verfügt.         
Schubert Elektroanlagen bietet für annähernd alle Anforderungen im Trink- und Abwasserbereich entsprechende Konzepte und Lösungen zur Blackout-Vorsorge an und ist Experte für den Batterie-Energiespeicher Scalebloc und Solutionpartner von Intilion, einem Unternehmen der Hoppecke Gruppe, Europas führendem Batterie-Hersteller.



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Anzahl der ungeplanten Versorgungsunterbrechungen in den Monaten Oktober, November, Dezember, Jänner, Februar der Kalenderjahre 2015-2020, siehe dazu die jährlichen Reports: „Ausfall- und Störungsstatistik für Österreich 2021“
Quelle: E-Control

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Mögliches Einlinienschema zur Ersatzstrom- und Notstromversorgung einer kritischen Infrastruktur, zB. Wasserversorgung bzw. Pumpstation

Grafik: Schubert

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PV-Anlage und Dieselgenerator bei einem Wasserbehälter bieten in Ergänzung mit einem Notstrom- und Schwarzstartfähigem Batterie-Energiespeicher eine ideale Kombination, um einen umfassenden Blackout-Schutz zu realisieren.

Foto: Schubert

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Dieselgenerator als Blackout-Schutz

Foto: Schubert

Vorteile eines Energiespeichers zur Blackout-Vorsorge

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  • kompakt, leicht und und schnell aufstellbar
    Außenaufstellung möglich
  • kann Inselnetz aufbauen und ist schwarzstartfähig
  • keine Genehmigung notwendigkann mit PV-Anlage nachgeladen werdenweniger Wartungsaufwand als Generator
  • durch dauerhaften Betrieb sicher immer betriebsbereit
  • Erweiterung um Diesel-Aggregat ermöglicht effizienteren Betrieb des Generators
  • Ersparnis jährlicher Treibstoffkosten