Nach einem plan- oder außerplanmäßigen Stillstand einer Anlage zur Stromerzeugung muss diese vor ihrer Einspeisung von Elektrizität in das angeschlossene Verbundnetz zunächst mit diesem synchronisiert werden, um einerseits die Energie schnell und zuverlässig bereitstellen sowie andererseits die spezifischen elektrotechnischen Anforderungen an die Netzverträglichkeit einhalten zu können.
In der elektrischen Anlagentechnik spricht man im Falle einer derartigen Synchronisierung auch davon, je nach Betriebsweise den Generator bzw. den Motor und das Netz parallel zu schalten. Dies kann nur dann erfolgen, wenn die vier elektrischen Kenngrößen Frequenz, Spannung, Phasenlage und Phasenfolge des Stromnetzes und der zuzuschaltenden Synchronmaschine jeweils miteinander übereinstimmen.
Die Frequenz wird über die Maschinendrehzahl entsprechend des Anschlussnetzes eingestellt, anschließend mit einem Frequenzmeter gemessen und mit der anliegenden Netzfrequenz verglichen, die im europäischen Netz- und Regelverbund 50 Hertz [Hz = 1/s] beträgt. Die Spannung lässt sich durch die Stromerregung der Synchronmaschine einstellen und mit Hilfe eines Voltmeters überprüfen. Ebenfalls über die Drehzahl der Maschine wird die Phasenlage eingestellt und mit einem Voltmeter gemessen.
In der Praxis wurden früher zusätzlich zu den Messgeräten im Übrigen auch Glühlampen(-paare) verwendet, die unter anderem der optischen Signalisierung bei Anliegen einer Spannung dienen. Heute sind in der anlageninternen Leittechnik standardmäßig sogenannte Synchronoskope verbaut, die in der Regel aus einem doppelten Spannungs-, einem Frequenz- und einem Drehfeldmessgerät bestehen. Über letzteres wird die richtige Phasenfolge für die Synchronisierungsschaltung kontrolliert. Im Falle eines gegenphasigen Ausschlags der Messinstrumente müssen die Phasen in Form der entsprechenden Bauteile (Klemmen) gegeneinander ausgetauscht werden, um Deckungsgleichheit und somit eine Differenzspannung von 0 Volt zwischen Netz- und Maschinenklemmen zu erzielen.
Stimmen diese Betriebsmomente mit denen des Energieversorgungsnetzes als einschlägige Kriterien der Netzqualität überein, so kann die Synchronisation über eine manuelle oder automatische Betätigung des Verbindungs- bzw. Zuschalters erfolgen. Die Parallelschaltung zwischen Anlage und Versorgungsnetz erfolgt bei älteren, kleinen und / oder nicht ortsfesten Maschinen in der Regel noch immer manuell, in stationär installierten Anlagen wie insbesondere in Kraftwerken oder Pumpspeichern übernehmen elektronische Einrichtungen der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR) – bis auf die initiale Handauslösung – die Netzkopplung vollautomatisch.
Falls die von der synchronisierten Maschine erbrachte Leistung über einen definierten Zeitraum nach Zusammenschließung zu gering ist, so kommt es durch die Auslösung des Leistungsschalters wieder zu einer automatischen Netztrennung des Generators, und der Vorgang der Parallelschaltung muss wiederholt werden. Die Nichteinhaltung der Synchronisationsbedingungen könnte bei größeren Differenzen ohne eine solche Zwangstrennung zu Schäden oder gar zur Zerstörung der Maschine führen.
Vor allem durch den weiter zunehmenden Ausbau der nicht prognostizierbaren fluktuierenden Erneuerbaren Energien entstehen bzgl. Häufigkeit und Volatilität bislang ungekannte Schwankungen im Stromnetz. Da der Wind nicht kontinuierlich weht und die Sonne nicht immer scheint (vgl. dazu auch Artikel „Dunkle Flaute“), kommt es in diesen Zeiten zu einem Unter- oder Überangebot an Strom. Um dennoch die Stabilität des Energienetzes und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, müssen derartige Abweichungen durch die Bereitstellung sogenannter Regelenergie kompensiert werden. Im Falle Deckung > Last bedarf es negativer Regelungsleistung; am Versorgungsnetz befindliche Kraftwerke werden eingesenkt oder Verbraucher zugeschaltet. Im anderen Fall (Einspeisung < Bedarf) wird positive Regelarbeit benötigt; dazu müssen – wenn ein entsprechender Lastabwurf oder das Hochregeln von aktiven Einspeisern nicht ausreicht – weitere Erzeugungseinheiten ans Stromnetz gebracht werden, was wiederum die in diesem Beitrag beschriebene erfolgreiche Zusammenschaltung zwischen Maschine und System voraussetzt.
Die Netzanschlussbedingungen insbesondere für dezentrale Stromerzeugungseinheiten finden sich in den einschlägigen Regelwerken wie Richtlinien, Anwendungsregeln oder Prüfvorschriften des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE), des Deutschen Instituts für Normung (DIN), des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. (BDEW) und der Fördergesellschaft Windenergie und andere Dezentrale Energien (FGW).
Die Anforderungen an die Netzkompatibilität von Anlagen zur Stromerzeugung für ein ordnungsgemäß funktionierendes Energienetzmanagement sollen einen sicheren, zuverlässigen und automatisierten Anschluss von Generatoren an Energienetze gewährleisten und gleichzeitig Leistungsengpässe in der Energieversorgung zu verhindern. Dazu gehört auch die Vermeidung eines sogenannten „Blackouts“ (vgl. den gleichnamigen Artikel), an dem Europa erst kürzlich bereits zum wiederholten Male in diesem Jahr nur knapp vorbeigeschrammt ist (siehe zu beiden Vorfällen am 8. Januar und am 24. Juli die Artikel „Netztrennung und Stromausfall im UCTE-Verbund“ und „Netztrennung und Stromausfall im UCTE-Verbund II“)…