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Stromnetz Die nächste Großbaustelle der Energiewende

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Kein Grünstrom mit veralteten Netzstationen

Wo die Energiewende besser funktioniert
Im internationalen Vergleich gibt es kaum ein zweites Land, das sich derart ambitionierte Ziele zur Umstellung seines Energiesystems gesteckt hat wie Deutschland. Daher existiert auch kein Gesamtkonzept, das als Blaupause für die deutsche Energiewende dienen könnte. Dennoch kann Deutschland von anderen Ländern lernen. Eine Studie von McKinsey im Auftrag von Siemens stellt Beispiele aus verschiedenen Ländern vor und zeigt, was davon in welchem Umfang auch in Deutschland erfolgreich umgesetzt werden könnte. Die Fallbeispiele beziehen sich auf die wesentlichen Elemente der deutschen Energiewende entlang der Energiewertschöpfungskette: Stromerzeugung, Verteilung oder Balancierung von Angebot und Nachfrage sowie Steigerung der Energieeffizienz. Quelle: dpa
Dänemark, Niederlande, Brasilien - Versteigerung von WindparksDer Ausbau von Solar und Windkraft wird die Regierung bis 2020 rund 30 Milliarden Euro kosten. Eine Möglichkeit, den Kostenanstieg zu drosseln, wäre eine Anpassung der Förderung, zum Beispiel durch Auktionierung von Windparkprojekten – wie in Brasilien, Dänemark oder den Niederlanden praktiziert. So kann erreicht werden, dass Windparks an windreichen Standorten mit einer geringeren Vergütung auskommen. Würden in Deutschland die infrage kommenden Windparkprojekte in Zukunft versteigert, könnten allein im Jahr 2020 rund 0,7 Milliarden Euro an Förderkosten eingespart werden. Quelle: dpa
China – bessere Nutzung von AbwärmeAbwärme lässt sich bei Temperaturen ab circa 300 Grad Celsius zur Stromerzeugung nutzen. In Deutschland gibt es unter anderem in der Zement- und Glasindustrie weitere Potenziale, die andere Länder beziehungsweise Pilotanlagen in Deutschland bereits nutzen: So wurden in China in den  vergangenen zehn Jahren knapp 30 Zementwerke mit entsprechenden Anlagen ausgestattet oder werden aktuell umgerüstet. Durch Nachrüsten der in Deutschland infrage kommenden Werke könnten hier im Jahr 2020 etwa 2 TWh Strom erzeugt und so eine Megatonne CO2 eingespart werden. Die Investitionen würden sich bereits nach rund drei Jahren amortisieren, so die Autoren der Studie. Quelle: REUTERS
Shanghai – bessere TransformatorenJetzt wird es technisch, aber im Grunde simpel. Transformatoren sind  für die Stromversorgung unverzichtbar, da elektrische Energie nur mittels Hochspannungsleitungen über weite Entfernungen wirtschaftlich sinnvoll transportiert werden kann; der Betrieb von Elektrogeräten ist aber nur mit Nieder- und Kleinspannung praktikabel und sicher. Transformatoren haben einen magnetischen Kern, meist Eisen, man kann aber auch so genannte amorphe Metalle verwenden. Sie haben bessere magnetische Eigenschaften und senken Übertragungsverluste im Netz.  In Shanghai konnten die Leerlaufverluste der ausgetauschten Transformatoren um 80 % reduziert werden konnten. Allein die Ausstattung der in Deutschland bis 2020 neu zu installierenden Transformatoren mit amorphen Kernen könnte die Übertragungsverluste im Stromnetz im Jahr 2020 um 0,2 TWh reduzieren. Dies entspricht der Stromproduktion von circa 65.000 Aufdach-Solaranlagen. Durch die Einsparungen  würden sich die erforderlichen Investitionen nach circa elf Jahren amortisieren. Quelle: dpa
Schweden – mehr WärmepumpenEine Wärmepumpe entzieht zum Beispiel dem Boden oder der Luft unter Aufwendung mechanischer oder elektrischer Energie thermische Energie und stellt diese zur Raumheizung zur Verfügung. Momentan sind in Schweden bei 9,5 Mio. Einwohnern 1 Mio. Wärmepumpen installiert, gegenüber circa  0,5 Mio. Wärmepumpen in Deutschland bei rund 81 Millionen Einwohnern. Der Ausbau zusätzlicher 0,7 Millionen Wärmepumpen in Deutschland bis 2020 würde zu einer Senkung des Primärenergiebedarfs um 18 PJ und zu einer Senkung der CO2-Emissionen um 0,6 Mt für das Jahr 2020 führen. Foto: "Tourismusverband Westschweden Quelle: Blumenbüro Holland/dpa/gms
USA – Stromnachfrage besser steuernDie Stromerzeugung aus Wind und Sonne schwankt wetterabhängig sehr stark. Das belastet das Netz. Die Schwankungen lassen sich durch eine flexiblere Stromnachfrage ausgleichen. Im Nordosten der USA hat man dazu einen Markt für temporäre Nachfragereduzierung geschaffen. Zu Spitzenzeiten reduzieren Stromkunden ihren Verbrauch freiwillig und erhalten hierfür eine Vergütung. Bei diesem Fallbeispiel wurde die Spitzenlast in einem Markt, der größer als der deutsche ist, um circa 8 % reduziert. Würde Deutschland in ähnlicher Weise allein seine industrielle Nachfrage flexibilisieren, könnten 2020 etwa 0,5 Milliarden Euro eingespart werden. Das entspricht den jährlichen Betriebskosten von zwei großen Kohlekraftwerken. Quelle: AP
Los Angeles – LED-StraßenbeleuchtungInternational hat eine Reihe von Städten den Austausch der klassisch verwendeten Natrium-Hochdrucklampen durch LED s vorangetrieben. In den USA installierte zum Beispiel Los Angeles von 2009 bis 2013 in 146.000 Ampeln und Straßenleuchten mit LED. Mit Investitionen von rund 45 Millionen Euro konnte eine Reduzierung des Stromverbrauchs von rund 60 % erreicht werden. Quelle: Presse

Bis zum Auftauchen der Erneuerbaren war es denkbar einfach, Strom zu verteilen. Die Elektronen flossen nur in eine Richtung, von den Kohle- und Atomkraftwerken zu den Verbrauchern. Aus Erfahrung wussten die Versorger ziemlich genau, wie viel Strom ihnen die Kunden zu jeder Stunde des Jahres abnehmen und welche Höchstlast ihr Netz verkraften muss. Nach diesen Mengen dimensionierten sie Kabel, Sicherungen und Trafostationen.

Doch die überschaubare Stromwelt von einst ist perdu. Das belegen die nackten Zahlen. Speisten vor 15 Jahren noch wenige Hundert Energieerzeuger Strom in die deutschen Netze ein, kommt heute die Leistung von fast 1,5 Millionen Solar- und Windkraftanlagen hinzu. Ihre Besitzer sind sowohl Konsumenten wie Produzenten von Strom, der seither in beide Richtungen fließt.

Die Ortsnetzstationen, die sich gut verteilt in jeder Gemeinde befinden, sind aber für die Regelung des Gegenverkehrs nicht ausgelegt. Zudem fehlt ihnen die Fähigkeit, auf das Mehr an Strom und dessen plötzliche Schwankungen reagieren zu können.

Paul Wienen, beim US-Mischkonzern 3M verantwortlich für den Geschäftsbereich intelligente Stromnetze (Smart Grid) in Europa, zieht aus der Misere einen klaren Schluss: „Mit den veralteten Netzstationen ist die Integration des Grünstroms nicht zu schaffen.“ Aus seiner Sicht besteht die Lösung in „Kästen mit Köpfchen“, die sich schnell und kostengünstig in die bestehenden Netze eingliedern lassen. Und anschließend die Stromverteilung automatisch steuern und optimieren können.

Ob das in der Praxis so gut funktioniert wie in der Theorie, erproben gerade Experten des Allgäuer Überlandwerks in einem bundesweit einzigartigen Pilotprojekt. Bernhard Rindt, Geschäftsführer der AÜW-Beratungstochter egrid application & consulting, nennt als Ziel: „Wir wollen technische und wirtschaftliche Lösungen für Probleme aufzeigen, die sich für die Verteilnetzbetreiber aus der schwankenden, dezentralen Einspeisung erneuerbarer Energien ergeben.“

Zu diesem Zweck haben die Kemptener mit Siemens-Technik 57 Ortsnetzstationen umgebaut. Diese können jetzt mithilfe von Strom- und Spannungsmessern den Leistungsfluss an neuralgischen Punkten im Ortsnetz sekundengenau erfassen. Auf Basis dieser Daten kann ein integrierter Rechner zum Beispiel erkennen, ob die Spannung im Netz wegen des Zuflusses von Solarstrom zu stark ansteigt und gar ein Kurzschluss droht.

„Die regelbaren Ortsnetzstationen arbeiten autark wie ein modernes Verkehrsleitsystem“, erläutert Rindt. Die Sensoren reagieren nach dem Ampelprinzip. Grün heißt hier: keine Probleme. Gelb signalisiert: Der Netzzustand nähert sich kritischen Werten. Als Reaktion leitet das System Gegenmaßnahmen ein, regelt zum Beispiel in den gefährdeten Abschnitten des Netzes die Spannung runter.

Nur wenn die Aktionen die Stromversorgung nicht wieder stabilisieren, etwa weil zu große Strommengen dauerhaft die Leitungen zu verstopfen drohen, springt die Ampel auf Rot und alarmiert die Techniker in der Netzleitstelle des Energieversorgers. Die können dann gegensteuern, indem sie etwa Strom aus dem örtlichen in das übergeordnete regionale Verteilnetz zurückspeisen. Sie müssen aber nur selten eingreifen, resümiert Rindt. „90 Prozent der kritischen Situationen lösen die intelligenten Stationen eigenständig.“

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