23.04.20 Gibt es das stabile Netz auch in grün? Hans-Joachim Ziegler • 5 min.

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Zusammenfassung

In den kommenden Jahrzehnten werden sich die Stromnetze in Europa von Grund auf verwandeln. Wie kann dabei gewährleistet werden, dass der Netzbetrieb auch bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energie zu jedem Zeitpunkt zuverlässig und stabil bleibt?

Das deutsche Stromnetz gehört zu den verlässlichsten der Welt. So kam 2016 – von wetterbedingten Ausfällen einmal abgesehen – nur knapp dreizehn Minuten lang kein Strom aus deutschen Steckdosen, verglichen mit 128 Minuten in den USA. Und auch Schwankungen bei Spannung und Frequenz, welche die Qualität des Netzes beeinträchtigen, sind hierzulande vergleichsweise minimal. 

Die Umstellung der Stromversorgung auf erneuerbare Energien bringt nun einen gewaltigen Wandel in der Netzarchitektur mit sich. Die Energieproduktion findet immer weniger in großen Kraftwerken statt und dafür immer mehr in Windparks auf See und in ländlichen Gebieten, Solaranlagen sowie kleinen, dezentralen gasbetriebenen Kraft-Wärmekopplungsanlagen. Die Menge der eingespeisten Energie ist dabei oft stark vom Wetter abhängig und damit schwerer steuerbar. Und der Strom fließt nicht mehr nur in eine Richtung – vom Kraftwerk via Überlandleitungen und Verteilernetz zu den Verbrauchern – sondern immer häufiger von privaten Photovoltaikanlagen zurück ins Netz.  

So bedeutend diese Veränderungen jedoch auch sein mögen, ist man sich inzwischen einig, dass der Strombedarf in mehreren europäischen Ländern – darunter auch Deutschland, Schweden und Großbritannien auch ohne fossile Brennstoffe in absehbarer Zeit gut gedeckt werden könnte. Eine andere Frage ist es jedoch, ob ein verlässlicher, stabiler Netzbetrieb zukünftig gewährleistet werden kann. Und hier ist die Antwort etwas komplizierter.  

Wie sichern große Kraftwerke heute die Netzstabilität? 

In großen Kraftwerken rotieren riesige Stromgeneratoren mit fünfzig Umdrehungen in der Sekunde. Damit geben sie den Takt vor für das gesamte Netz: Wechselstrom schwingt mit ziemlich stabilen fünfzig Hertz. Wenn der Stromverbrauch nun schlagartig zunimmt, kann dies zu einer Verlangsamung der Frequenz führen. Die Folgen einer solchen Abweichung können weitreichend sein – von zu langsam tickenden Uhren bis hin zu langen Blackouts.  

Stromtrasse

Dass Verbraucher heute nicht häufig solche Unannehmlichkeiten ausgesetzt sind, ist unter anderem großen Kraftwerken zu verdanken, die über Mechanismen verfügen, um derartige Abweichungen zu regulieren. So sind die Generatoren ihren Ausmaßen entsprechend träge und dienen schon aufgrund ihrer Bauart als Puffer für kleinere Schwankungen im Netz. Zudem kann die Frequenz jederzeit reguliert werden, indem mehr oder weniger Dampf auf die Turbinen gegeben wird, was in Fachkreisen Primärregelung genannt wird. Bei länger anhaltenden Schwankungen tritt schließlich die Sekundärregelung in Kraft: Hierbei werden andere Kraftwerke hochgefahren, um zusätzliche Energie zu liefern und die Frequenz zu stabilisieren.  

Wie kann die Netzstabilität in Zukunft gesichert werden? 

Wind- und Solaranlagen können diese Aufgaben nicht ohne Weiteres übernehmen. Weil sie kleiner, dezentral und wetterabhängig sind, erlauben sie nicht das gleiche Maß an Flexibilität: Die Stromerzeugung aus Windkraft kann nicht spontan hochgefahren werden, wenn sich draußen kein Lüftchen regt; und fünfzig kleine Kraftwerke sind schwerer zu koordinieren als ein einziges, großes. Damit Europa also auch in Zukunft über ein stabiles Netz verfügt, müssen zuerst einige Bedingungen erfüllt sen.  

Energieproduzenten müssen stärker vernetzt werden.  

Es wird in Zukunft immer weniger große Kraftwerke geben, die Bedarfsschwankungen im Alleingang auffangen können. Wenn kurzfristig mehr Energie gebraucht wird, müssen viele kleine Produzenten konzertiert reagieren. Dafür müssen sich mehr und mehr kleine Kraftwerke zu „virtuellen Kraftwerken“ zusammenschließen. Damit dies reibungslos funktionieren kann, braucht Europa eine moderne Infrastruktur. Das führt schon zum zweiten Punkt. 

Das Netz muss smarter werden.  

Während die großen Überlandleitungen heute bereits gut mit Sensoren ausgestattet sind, operiert das Verteilernetz – also die letzten Kilometer Leitung zum Endverbraucher – noch mehr oder weniger im Blindflug. Das muss sich ändern. Denn wenn die Photovoltaik-Anlage auf dem Dach künftig immer erschwinglicher wird, dann werden immer mehr Stromverbraucher zu „Prosumern“ werden – also zu Konsumenten, die auch Produzenten sind. Um dieses extrem komplexe Netz dann noch beherrschen und für die Zwecke der Netzstabilität nutzbar machen zu können, braucht es digitale Lösungen. Aber nicht nur hier sind innovative Ideen gefragt. 

Das System braucht mehr Speicherkapazität.  

Heute wird Strom zu jeder Zeit in genau der Menge produziert, wie er auch verbraucht wird. Das System funktioniert also fast komplett ohne Speicher. In Zukunft werden Energiespeicher-Technologien jedoch eine große Rolle bei der Versorgungssicherheit und -qualität spielen. Sie müssen die Produktion von Biomasse- und Wasserkraftanlagen ergänzen, wenn Sonne und Wind streiken; sie können dabei helfen, die Frequenz zu stabilisieren, wenn der Verbrauch kurzfristig schwankt.  

Um Energie in Zukunft günstig und effektiv speichern zu können, muss heute in die Forschung investiert werden, um somit vielversprechende Speichertechnologien wie Power-to-Gas, Batteriesysteme der Megawattklasse und andere Ansätze weiter perfektionieren zu können. Dies wird – genau wie die Digitalisierung des Netzes und der Ausbau der erneuerbaren Energien – noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Für die Zwischenzeit gilt daher: 

Der Übergang muss sicher gestaltet werden.  

Auch wenn die Energiewende möglichst schnell vorangehen sollte, werden viele europäische Länder auch in den kommenden Jahren noch Kraftwerke brauchen, um ihre Netze zu stabilisieren. Gaskraftwerke eignen sich hier besonders gut. Nicht nur haben sie eine deutlich bessere CO2-Bilanz als Kohlekraftwerke. Sie können außerdem extrem schnell hoch- und runtergeregelt werden, um die fluktuierende Einspeisung der Erneuerbaren auszugleichen.  

Bei der Umstellung auf erneuerbare Energien will die EU Vorreiter sein. Die beschriebenen Maßnahmen stellen sicher, dass das Netz dabei auch in Sachen Stabilität und Verlässlichkeit Weltklasse bleibt. 

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