Stromversorgung: Intelligente Netze statt massivem Ausbau

Stromversorgung: Intelligente Netze statt massivem Ausbau

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Damit erneuerbare Energien besser genutzt werden können, braucht es Fortschritte bei den Stromnetzen. (Symbolbild: obs/RWE Deutschland AG/Silvia Kröger-Steinbach")

von Angela Schmid

Versorgungssicherheit und erneuerbare Energien, das passt bisher noch nicht zusammen. Eine höhere Netzqualität soll die Probleme künftig eindämmen.

Die Menge an Strom aus Erneuerbaren Energien steigt sukzessive. Aus Solar, Wind, Wasser und Biomasse wurden nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts ISE  im vergangenen Jahr etwa 190 Terawattstunden (TWh) erzeugt – 20 Prozent mehr als 2014. Die regenerativen Energien erreichten damit einen Anteil von zirka 35 Prozent an der Nettostromerzeugung.

Ein Problem bleibt aber weiterhin die Nutzung des grünen Stroms. Die Netze sind bisher nicht dafür ausgelegt, die fluktuierende Einspeisung an den Kunden zu bringen. Es besteht vor allem ein räumliches Ungleichgewicht. "Wir haben genügend Verbraucher, die regionale Überschüsse benötigen", sagt Professor Kurt Rohrig, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IWES in Kassel. Die sitzen aber nicht dort, wo der Strom produziert wird.

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Versorgungssicherheit und Erneuerbare Energien sind aktuell noch ein Widerspruch, müssen es aber nicht sein. Dafür sind aber bessere Komponenten und optimierte Verfahren nötig: Netzverstärkungsmaßnahmen im Übertragungsnetz werden dringend gebraucht. Monitoring und intelligente Steuerung in Verteilnetz sind ebenfalls wichtige Faktoren, wodurch sich der Netzausausbau erheblich reduziert könnte. "Da gibt es noch Forschungsbedarf", berichtet Rohrig.  

Technische Umsetzung machbar

Wie sollten also die Netze der Zukunft aussehen? Sie müssen nicht nur genügend Strom bereitstellen, sondern auch die Netzdienstleistungen zur Frequenz und Spannungshaltung erbringen. Technisch machbar ist das bereits: In der Modellregion Harz betreiben die IWES-Forscher ein virtuelles Kraftwerk mit 25 regenerativen Anlagen und einer Nennleistung von 120 Megawatt – als simulierte Speicher ein Pumpspeicherkraftwerk und Elektrofahrzeuge. Das Ziel: Mit dem vor Ort erzeugten Strom immer und zu jeder Zeit Wechselstrom von 50 Hertz mit der richtigen Spannung ins Netz stellen zu können.

Smart Grid Forscher bauen intelligentes Stromnetz

Mit Elektroautos als Speichern und Technologien wie Power-to-Gas haben Forscher ein stabiles Erneuerbaren-Netz modelliert - ein Smart Grid.

Stromerzeugung und -verbrauch auf einander abzustimmen, hat im Modell der Forscher funktioniert. (BTU Cottbus-Senftenberg)

Rohrig: "Über Lastmanagement besteht auf jeden Fall die Möglichkeit, Anteile der Überschüsse von regional erzeugtem Strom mit flexiblen Lasten zu verbrauchen. Wir müssen nicht jede Kilowattstunde über das Transportnetz schicken." Selbst bei Flaute gehen die Lichter nicht aus. Gesetzlich gibt es aber keinen Anreiz, weil das EEG dies nicht fördert. "Es müssen Gesetze und Regularien für mehr Dezentralität entwickelt werden", fordert der stellvertretende Institutsleiter.

Aktuellen Forschungsdarf sieht Rohrig in der Sektorkoppelung, bei dem Strom, Wärme und Verkehr zusammenwachsen müssen. Obwohl auch in diesem Bereich noch wirtschaftliche Anreize fehlen, ist der Handlungsbedarf groß. Steigt die Zahl der Elektrofahrzeuge, müssen sie in das elektrische System integriert und so gesteuert werden, dass sie überschüssigen Strom zwischenspeichern und das Netz dem Bedarf angepasst wird.

Power-to-Heat noch nicht effizient genug

Virtuelle Kraftwerke benötigen zudem mehr Intelligenz, um den Strom vor Ort besser managen zu können. Power-to-Heat muss noch effizienter werden. "Wir arbeiten auch daran, die Prognosen für Wind- und Solarenergie für Direktvermarkter und Übertragungsnetzbetreiber wesentlich  zu verbessern", erklärt Rohrig. 

Wie das Energienetz der Zukunft im Detail aussieht, ist offen. "Die wirtschaftliche Frage wird entscheiden, wieviel von welcher Technologie benötigt wird", so der IWES-Experte. "Es gilt gleichzeitig die Beantwortung grundlegender Fragestellungen voranzutreiben, wie auch anwendungsnahe Lösungen zu entwickeln und in den Netzbetrieb zu bringen", ergänzt Professor Martin Braun, IWES-Abteilungsleiter für Verteilungsnetze, die Herausforderungen.

80 Prozent erneuerbare Energien zur Stromerzeugung bis 2050 plant die Bundesregierung in ihrem Energiekonzept. Damit in Zukunft die Sicherheit der Netze gewährleistet ist, muss noch reichlich Entwicklungsarbeit geleistet werden. Netzplanung und -ausbau bei wachsendem Anteil der erneuerbaren Energien, Systemdienstleistungen bei fluktuierendem Energieangebot, der verstärkte Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik und die damit verbundenen Sicherheitsrisiken sind zentrale Themen für die Forschungsinitiative Stromnetze, die vom Bundesministerien für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie dem Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF) mit über 140 Millionen Euro gefördert werden.  In zehn Projekten arbeitet das IWES darin mit, um nachhaltige Antworten und Lösungen zu entwickeln.

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