Frades II, Portugal

Europas modernste Pumpspeicheranlage

Das Pumpspeicherkraftwerk befindet sich im Nordwesten Portugals und ist in einer unterirdischen Kaverne installiert. Es ist nicht als Einzelanlage konzipiert, sondern bildet eine wichtige Ergänzung für das aus acht Anlagen bestehende Kaskadensystem Cávado-Rabagão-Homem. Der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasserbecken beträgt 420 Meter. Voith hat im Herbst 2010 den Auftrag erhalten, das Pumpspeicherkraftwerk Frades II auszurüsten. Betreiber ist die Energias de Portugal (EDP).

Portugal setzt auf erneuerbare Energien

Portugal setzt bei der Stromversorgung vor allem auf Wind, Sonne und Wasserkraft. Seit der Jahrtausendwende hat das Land seine Kapazitäten für die Stromerzeugung aus Windkraft vervielfacht. Im Jahr 1998 verfügt Portugal erst über 51 MW installierter Leistung bei Windkraftanlagen. 18 Jahre später waren es bereits über 5.000 MW. Das Rückgrat für den weiteren Ausbau der Stromerzeugung aus regenerativen Energieträgern bilden leistungsfähige Pumpspeicherwerke. Fast ein Drittel der erneuerbaren Energie in Portugal stammt aus Wasserkraft.

Für das moderne Pumpspeicherkraftwerk Frades II liefert 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. Die Maschineneinheiten sind seit ihrer Inbetriebnahme im April 2017 die leistungsfähigsten und größten ihrer Art in Europa.

Innovative Pumpspeichertechnologie durch drehzahlvariable Turbinen

„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.
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 % 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.

Innovation als Maßstab

Das neue Pumpspeicherkraftwerk Frades II erforderte von den Voith- Ingenieuren innovatives Denken in vielen Bereichen. 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.
Der Kunde EDP profitiert stark von diesen Innovationen, wie 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".