Im Rahmen der Energiewende werden wir uns mittelfristig wahrscheinlich auch von Kohlekraftwerken abwenden. Diese sind aber nicht nur dafür zuständig, Strom zu liefern, sondern stabilisieren außerdem auch die Stromnetze. Wenn die Großkraftwerke abgeschaltet werden, brauchen wir für das Netz der Zukunft neue Maßnahmen, die die Stabilität des Stromnetzes gewährleisten. Dies soll durch digitale Sicherheitsmaßnahmen geschehen, von denen einige bereits in den nächsten fünf Jahren in Betrieb gehen werden.


By Michael Kauffmann (Own work) [CC BY 3.0 de (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/deed.en)], via Wikimedia Commons

Wenn in Europa die Uhren nachgehen

Das Thema Netzstabilität war bisher nicht wirklich in den Augen der Öffentlichkeit. Bis nach dem Jahreswechsel dieses Jahr die Uhren begannen, jeden Tag ein paar Sekunden nachzugehen. Anfang März gingen die Uhren an Küchenradios, Elektroherden und Radioweckern dann etwa sechs Minuten nach. Grund für diese Verspätung war ein Streit zwischen Kosovo und Serbien, bei dem es sich um die Lieferungen von Strom drehte und der zu einem Strommangel führte, der das europäische Stromnetz destabilisierte.

Diverse Experten fürchten, dass Instabilitäten im europäischen Stromnetz in Zukunft öfter auftreten werden. Der Ausbau der erneuerbaren Energien wird zu einer stärkeren Schwankung des Stromangebots führen, da das Angebot von Wind- und Sonnenenergie nicht konstant ist. Außerdem werden mit der sukzessiven Abschaltung großer Kohlekraftwerke vermehrt große, rotierende Stromgeneratoren verloren gehen, die heute unter anderem dafür zuständig sind, das Netz zu stabilisieren. Die großen Generatoren drehen sich mit 50 Umdrehungen pro Sekunde, also 50 Hertz. Damit liegt auch der Wechselstrom in den Leitungen bei 50 Hertz – die Frequenz, auf die unter anderem Küchenuhren abgestimmt sind. Die Kraftwerke sind in der Lage, Frequenzschwankungen, die bis zu 10 Sekunden andauern, einfach abzupuffern. Ab 10 Sekunden erfolgt der Ausgleich über eine Erhöhung der Frequenz in bestimmten Kraftwerken. Diese Maßnahmen nennt man Primärregelung. Wenn die Schwankungen länger als eine Minute andauern, müssen Kraftwerke aus der Umgebung hinzugezogen werden. Das nennt man Sekundärregelung. Beim Streit zwischen Serbien und dem Kosovo hat sich Serbien geweigert, Maßnahmen zur Sekundärregelung zu ergreifen, weshalb die Netzfrequenz über mehrere Wochen unter 50 Hertz lag. Die Auswirkungen dieser Instabilität waren in ganz Europa zu spüren.


Smart Grids sollen Schwankungen kompensieren

Die einzige Möglichkeit, das Wegfallen der Kohlekraftwerke und damit großer Teile der Primärregelung zu kompensieren, ist ein intelligenteres Stromnetz. Bisher gibt es kaum überzeugende Lösungen im Bereich Smart Grid, aber der technische Fortschritt wird langfristig dazu führen, dass sich das ändert. Entsprechende Technologien gibt es bereits, es geht nun darum, diese in den nächsten fünf bis zehn Jahren zur praktischen Anwendung zu bringen.

Ein wichtiger Faktor dabei sind Algorithmen, die auch größere Schwankungen im Stromverbrauch ausgleichen können. Diese agieren zumeist auf kleinerem Raum und verhindern so lokale Schwankungen, die sich potenzieren und auf das Netz auswirken können. Solche Algorithmen müssten beispielsweise tätig werden, wenn in Zukunft die Zahl zugelassener Elektroautos steigt und diese zu Nachfragespitzen führen. Mit Hilfe solcher Algorithmen lassen sich intelligente Systeme entwickeln, in denen die Verbraucher die Aufteilung des verfügbaren Stroms sozusagen unter sich aushandeln.

Aber nicht nur Erzeuger und Verbraucher müssen intelligenter werden, auch das ganze Ortsnetz. Diese sogenannten Verteilernetze sind im Gegensatz zu den Überlandleitungen des Hochspannungsnetzes bisher noch ziemlich „dumm“. Das wird sich in Zukunft ändern müssen, etwa durch engmaschige Überwachung und direkte Reaktion auf Schwankungen.

Jedoch lassen sich nicht alle Schwankungen vor Ort in den Verteilernetzen abfangen, weshalb mittelfristig auch die lokalen Netze smart miteinander verknüpft werden müssen, sodass Schwankungen in einem Netz von stabilen Ortsnetzen abgefangen werden können.

Langfristiger Umbau

Fest steht in jedem Fall, dass der Umbau des Stromnetzes zu einem digital überwachten Smart-Grid seine Zeit brauchen wird. Experten sprechen teilweise von einer Generationenaufgabe, die uns noch über Jahrzehnte beschäftigen wird. Primäres Ziel sollte es sein, die klimaschädlichen Kohlekraftwerke abzuschaffen. Durch die Existenz dieser Kraftwerke laufen auch Gaskraftwerke viel zu selten, was diese umweltfreundlichere Alternative unrentabel macht.

Eine Idee, um die Kohle langfristig überflüssig zu machen, ist, die Betreiber von Gaskraftwerken statt für den wirklich gelieferten Strom dafür zu vergüten, dass sie bereitstehen, um Netzschwankungen aufzufangen – ähnlich wie die Bezahlung eines Bereitschaftsdienstes. Das würde aber ein politisches Umdenken erfordern.

Langfristig wäre dann auch das derzeitige Strompreismodell unsinnig. Denn anders als Strom aus Gas- oder Kohlekraftwerken sind die Kosten pro Kilowattstunde bei erneuerbaren Energien sehr gering, sobald die entsprechenden Anlagen bezahlt sind. Demzufolge wäre es inkonsequent, beim Verbraucher weiter nach verbrauchtem Strom abzurechnen. Stattdessen müssten die Anbieter nach erbrachter Leistung bezahlt werden. Der Umbau des Stromnetzes ist daher nicht nur eine technologische Herausforderung, sondern auch eine Aufgabe für die Energiepolitik.

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