Umschlagtext | Vorwort | Rezension | Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur 3. Auflage

Die große Nachfrage einer breiten Leserschaft sowie der Trend zur vermehrten Nutzung Erneuerbarer Energien machten bereits nach kurzer Zeit wieder eine aktualisierte Neuauflage erforderlich. In ihr wird insbesondere Erneuerbaren Energien ein eigenes umfassendes Kapitel gewidmet, das sowohl den aktuellen Stand der Technik als auch ihre volkswirtschaftlichen Aspekte im Kontext des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) behandelt. Neu aufgenommen wurden auch die Themen Smart Grids und Energiespeicherung.

Dieses Übersichtswerk wäre wegen seiner hohen Druckkosten in der vorliegenden Form nie erschienen, hätte nicht die EnBW Energie Baden-Württemberg AG großzügig einen erheblichen Teil der Druckkosten bezuschusst. Hier gebührt größter Dank des Autors und künftiger Leser dem Vorstand der EnBW sowie Prof. Dr. Wolfram Münch, Leiter Forschung und Innovation EnBW.

Für die Finanzierung der zur operativen Erstellung des druckreifen Manuskripts erforderlichen Personalinfrastruktur danke ich herzlich der Ingrid und Gunther Schroff-Stiftung. Ihre Unterstützung hat die Erstellung des Manuskripts für diese 3. Auflage erst ermöglicht.

Im Laufe der Evolution dieses Buches haben zunehmend mehr Personen durch konstruktive Hinweise und fachlichen Rat zu einer stets auf dem aktuellen Stand der Technik befindlichen Darstellung der komplexen Thematik beigetragen. Ihnen allen sei an dieser Stelle, auch im Namen der Leserinnen und Leser, einmal mehr sehr herzlich gedankt. Ohne Priorisierung seien in alphabetischer Reihenfolge erwähnt:

Sonja Ander, Dr.-Ing. Stefan Börnick, Prof. Dr.-Ing. Kurt-Volker Boos, Prof Dr. Utz Claassen, Dr. Eckart Ehlers, Dipl.-Ing. Johannes Elwardt, Dipl.-Ing. Markus Fürst, Dr.-Wi-Ing. Dietmar Griselbrecht, Prof. Dr.-Ing Thomas Hartkopf, Dr.-Ing. Markus Hemmer, Dr.-Ing. Bernd Hoferer, Dipl.-Ing. Kathleen Hummel, Dipl.-Ing. Horst Janisch, Dr.-Ing. Yannick Julliard, Dr.-Ing. Klaus Kasper, Charlotte König, M. Sc. MBA Dr.-Ing Rajiv Kumar, Elke Lesak, lennart Luckert, Dr.-Ing. Carsten Meinecke, Dr.-Ing. Michael Merkle, Dipl.-Ing. Ute Messmer, Dipl.-Ing. Mischa Nagel, Dipl.-Ing. Ricard Petranovic, Silvia Probst, Maththias Roidl, Dipl.-Ing. Torsten Schmidt, Andreas Schoknecht, Dr.-Ing. Wolfgang Schröppel, Anna Schwabedal, Volker Siedentopp, Gabriele Tielker, Petra Wöhr.

Großer Dank gilt wieder Frau Monica Gappisch für das sorgfältige Schreiben des druckreifen Manuskripts, Herrn Bernd Glomb für das Aktualisieren der Zeichnungen, Herrn Michael Kräck für das sorgfältige Korrekturlesen sowie den Herren Dr.-Ing. Timo Wnzel und Dipl.-Ing. Kai Mössner für allzeit gewährte großzügige IT-Unterstützung.

Schließlich danke ich einmal mehr dem Karlsruher Institut für Technologie, der Karlsruher Hochschulgesellschaft sowie dem Vizepräsidenten Forschung und Information Prof. Dr.-Ing. Detlef Löhe. Meinem Nachfolger, Herrn Professor Thomas Leibfried, danke ich für die Möglichkeit der Erstellung des Manuskripts an meiner früheren Arbeitsstätte.

Frau Cuneus vom Springer-Verlag gebührt mein Dank für die hochwertige Ausstattung des Buches und die schnelle Drucklegung.

In der Hoffnung, dass diese 3. Auflage Studierenden, Fachleuten und auch technischen Laien einen noch überzeugenderen Einblick in die ungeheure Komplexität von Elektroenergiesystemen und die Breite und Tiefe des Wissens der diese Systeme planenden und betreibenden Ingenieure vermitteln kann, übergebe ich dieses Buch meinen geschätzten Leserinnen und Lesern.

Zum Wohl der Leser und Leserinnen einer 4. Auflage bittet der Autor um Rückmeldung etwaiger Fehler sowie um Anregungen zur Verbesserung dieses Buches an a.schab@kit.edu oder a.schwab@ieee.org.

Karlsruhe, im Sommer 2011

Prof. Dr.-Ing. A. J. Schwab

Vorwort zur 1. Auflage

Das vorliegende Buch entstand aus den Unterlagen zu meinen Vorlesungen "Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie" und "Elektrische Anlagen und Elektroenergiesysteme I, II", die ich seit 1980 neben den Vorlesungen "Hochspannungstechnik I, II", "Hochspannungsmesstechnik" und "Elektromagnetische Verträglichkeit" an der Universität Karlsruhe gehalten habe. Da seit dieser Zeit ständig technologische Innovationen stattfanden und mich zunehmend Mitarbeiter in manchen Vorlesungen vertreten haben, wurden Teile des Stoffs überarbeitet bzw. auch neu verfasst.

Elektroenergiesysteme involvieren nahezu alle Disziplinen der Elektrotechnik und zählen wegen der Vielfalt und Komplexität der Fragestellungen zu den anspruchsvollsten systemtechnischen Ingenieuraufgaben. Während Hochspannungstechnik, Elektromaschinenbau und Leistungselektronik die technologischen Voraussetzungen für die Erzeugung, Übertragung und Verteilung großer Mengen elektrischer Energie bereitstellen, leisten die elektrische Anlagentechnik, Regelungstechnik, Netzwerktheorie, Nachrichtentechnik und Prozessleittechnik sowie eine Vielzahl von Informationssystemen ihren Beitrag bei Planungsaufgaben sowie im Netz- und Kraftwerksbetrieb. Ziel des Buchs ist nicht die Erläuterung des inneren konstruktiven Aufbaus von Betriebsmitteln oder der gasentladungsphysikalischen Vorgänge beim Löschen des Lichtbogens eines Leistungsschalters. Vielmehr stehen systemtechnische Aspekte wie die Begriffswelt und das Betriebsverhalten, die Verknüpfung und das Zusammenwirken von Betriebsmitteln in einem Elektroenergiesystem sowie ihre mathematische Modellierung im Vordergrund. So versteht sich die "Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie" nicht nur als verständliche Einführung für Studierende der Elektrotechnik, sondern auch als Übersichtswerk für Ingenieure und Quereinsteiger anderer Disziplinen, die in engerem oder weiterem Sinne mit Elektroenergiesystemen befasst sind und einen problemlosen Einstieg in die umfangreiche Spezialliteratur suchen. Darüber hinaus sollen zumindest Teile dieses Buchs politischen Entscheidungsträgern und all jenen, für die der Strom aus der Steckdose kommt, eine Einsicht in die ungeheure Komplexität hochverfügbarer und preiswerter Stromversorgung in einer Industriegesellschaft vermitteln.

Beginnend mit einem Einblick in die volkswirtschaftliche Bedeutung elektrischer Energie, in die Evolution von Elektrizitätsversorgungsunternehmen und ihren grundsätzlichen Aufbau werden in systematischer Reihenfolge der Bedarf an elektrischer Energie, die großtechnische Umwandlung von Primärenergie in elektrische Energie, die Übertragung großer Mengen elektrischer Energie von Erzeuger- zu Verbraucherschwerpunkten sowie die Verteilung elektrischer Energie an die Endabnehmer behandelt.

Der Kernenergie und der Kernkraftwerkstechnik wird wegen ihres hohen Potentials zur CO₂-armen Deckung des mittel- und langfristigen Energiebedarfs sowie der mit ihrem Einsatz verbundenen besonderen Probleme mehr Raum gewidmet als Wasserkraftwerken, die bereits einen hohen Ausbaugrad erreicht haben. Additive Energietechnologien, wie beispielsweise die Photovoltaik oder die Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die zwar in höchstem Maß wünschenswert sind, sich aber wegen ihrer geringen Leistungsdichte oder wegen inhärenter Lebensdauer- und Geometrieprobleme zur großtechnischen Erzeugung elektrischer Energie nur bedingt eignen, werden der Vollständigkeit halber gestreift.

Ein kurzer Abriss der Thermodynamik erhellt den physikalisch bedingten, viel beklagten "niedrigen" Wirkungsgrad thermischer Kraftwerke und die Grenzen der Abwärmenutzung. Zusammen mit der Beschreibung wichtiger Kraftwerkskomponenten liefert dieses Kapitel einführende Hintergrundinformation für die Kraftwerkleittechnik.

Abschnitte über die Berechnung von Leitungen und Netzen sowohl im stationären Betrieb als auch bei symmetrischen und unsymmetrischen Netzstörungen zeigen die Wurzeln der heute verwendeten Rechenprogramme für Lastfluss-, Kurzschluss-, Stabilitäts- und Optimierungsrechnungen auf. Die ausführliche Behandlung der Entkopplung von Drehstromsystemen sowie die Modellbildung von Betriebsmitteln zeigen den hohen Anteil rechnergestützter Ingenieurtätigkeit im Aufgabenbereich der mit der Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie befassten Ingenieure. Ausführliche Kapitel über Generatoren und Transformatoren, Eigenbedarfs- und Schaltanlagen, Kraftwerks- und Netzregelung, Stabilitäts- und Kurzschlussberechnungen, optimale Erzeugung elektrischer Energie, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Schutztechnik runden das Werk ab.

Hinsichtlich der Vielfalt ihrer Elemente, der Beziehungen dieser Elemente untereinander (Varietät und Konnektivität) und unter Berücksichtigung ihrer Nichtlinearität haben moderne Elektroenergiesysteme einen unübertroffenen Grad an Komplexität erreicht. Ihre Beherrschung zählt zu den anspruchsvollsten systemtechnischen Ingenieuraufgaben und verlangt nach komplexen Informationssystemen, sogenannten Energy-Management-Systemen, auf die im Rahmen der Kraftwerks- und Netzleittechnik ausführlich eingegangen wird.

Aufgrund der Komplexität von Elektroenergiesystemen kann das Buch an keiner Stelle erschöpfend Auskunft geben, sondern lediglich den schnellen Zugang zur umfangreichen Spezialliteratur ermöglichen. Zu fast allen Begriffen wie Elektrizitätswirtschaft, Netzleittechnik, Schaltanlagen, Leistungsflussrechnung, Kurzschlussstromberechnung etc. existieren Spezialbücher, die in ihrem Vorwort immer noch entschuldigend erwähnen, nicht erschöpfend zu sein. Die Leserinnen und Leser dieses Buchs mögen hieraus erahnen, welch ungeheures Ausmaß die Komplexität von Elektroenergiesystemen tatsächlich besitzt.

In der Hoffnung, dass dieses Buch auch technischen Laien einen überzeugenden Einblick in die ungeheure Komplexität von Elektroenergiesystemen und die Breite und Tiefe des Wissens der diese Systeme planenden und betreibenden Ingenieure vermitteln kann, übergebe ich dieses Buch meinen geschätzten Leserinnen und Lesern.

Karlsruhe, im Frühjahr 2006

Prof. Dr.-Ing. A. J. Schwab