Damit das Stromnetz stabil bleibt

Die deutsche Politik hat sich ein klares Ziel gesetzt: Bis zum Jahr 2050 sollen mindestens 80 Prozent des Stroms in Deutschland aus regenerativer Erzeugung stammen – vor allem aus Wind und Sonne.

Das klingt gut, ist aber eine Herausforderung für den Betrieb des Stromnetzes, denn das Ökostrom-Angebot schwankt mit Wind und Flaute, Sonnenschein und Wolkenhimmel. Für die Netze ist auch der zusätzliche Stromtransport eine enorme Belastung, weil sie nicht für Tausende von Windrädern im Norden Deutschlands und Millionen von Solarmodulen ausgelegt sind, die ihren Strom in die Übertragungs- oder Verteilnetze einspeisen.

Um immer mehr erneuerbare Energie in die Stromnetze integrieren zu können, entwickeln Forscher des Fraunhofer-Netzwerks »Intelligente Energienetze« vielfältige neue technische Lösungen. »Damit das Stromnetz weiter funktionstüchtig bleibt, muss es für das neue Ökostrom-Zeitalter gerüstet sein. Zudem benötigen die Netzbetreiber neue Steuerungsinstrumente, wie beispielsweise Wind- und Solarleistungsprognosen für die Kraftwerks-Einsatzplanung«, beschreibt Prof. Dr. Jürgen Schmid, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel, Zukunftsaufgaben für die Wissenschaftler.

Sicher ist, dass ein Paradigmenwechsel stattfindet: Bestehende Netzstrukturen, die auf große konventionelle Kraftwerke ausgerichtet sind, müssen umgestaltet werden. Strom wird künftig durch eine Vielzahl von Energieproduzenten dezentral eingespeist.Um dadurch entstandene Schwankungen im Netz auszugleichen, können zum Beispiel einige Großverbraucher wie Kühlhäuser oder Schwimmbäder gezielt einspringen, wenn gerade viel Ökostrom im Netz vorhanden ist und das Netz aktiv entlasten. Das funktioniert beispielsweise so: Ein Kühlhaus fährt seine Kühlgeräte hoch und senkt die Solltemperatur weiter ab – als eine Art Kältereserve für Stunden, in denen die Windräder still stehen. Demonstriert werden diese Potenziale unter anderem in dem Projekt »eTelligence« in Cuxhaven, das durch die E-Energy-Initiative des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert wird.

Auch die Wechselrichter von Photovoltaik- und Windanlagen, die den Gleichstrom der Anlagen in Wechselstrom für das Stromnetz wandeln, liefern, wenn sie intelligent betrieben werden, einen zusätzlichen Beitrag zur Netzstabilität. Derzeit speist jeder Wechselrichter unabhängig von den anderen Strom in die Niederspannungsnetze der Gemeinden und Städte ein. Künftig stimmt man durch Messeinrichtungen in den Trafos dieser Ortsnetze die Aktivität der Wechselrichter aufeinander ab. Das stabilisiert das Stromnetz.

»Vor allem in Regionen mit sehr hohem Photovoltaik-Anteil ist dieser Ansatz interessant, da die Niederspannungsnetze noch nicht über die hochauflösende Messtechnik der Hochspannungsnetze verfügen und daher eine entscheidende Rolle beim Aufbau eines künftigen intelligenten Stromnetzes, eines Smart Grid, spielen werden«, erklärt Dr. Peter Bretschneider vom Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik AST in Ilmenau. Er ist einer der Koordinatoren des Fraunhofer-Netzwerks »Intelligente Energiesysteme«.

Was für Großverbraucher gilt, soll in Zukunft auch für Privatanwender funktionieren: Die Spezialisten des Fraunhofer-Netzwerks haben dafür die passenden Software-Anwendungen entwickelt. Mit den Software-Lösungen können je nach Stromangebot Haushaltsgeräte automatisch an- und abgeschaltet sowie Speicher und Mikro-Blockheizkraftwerke eingebunden werden. Scheint die Sonne oder weht viel Wind, ist der Strom billig. Dann ist es sinnvoll Wäschetrockner und Kühltruhe anzuschalten. »Intelligente Energiesysteme im Verteilnetz des Endverbrauchers sind der Schlüssel für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung«, erklärt Dr. Christof Wittwer vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Lösungen wie die openMUC- und die OGEMA-Software sind als Open-Source-Programme kostenlos erhältlich. »Sie sollen künftig die automatische Kommunikation zwischen Haushalt oder Kleingewerbebetrieb und dem Energiemarkt herstellen«, sagt Dr. Philipp Strauß vom IWES.

Neben Großverbrauchern und privaten Haushalten erforscht das Netzwerk aber auch den Einsatz von Elektroautos und kleinen Stromspeichern in Häusern und Firmen, die für die Nacht oder bewölkte Stunden den Sonnenstrom zwischenspeichern können. Auf dem Fraunhofer-Messestand in Halle 13, Stand C41 präsentieren die Wissenschaftler auch Lademanagementlösungen für Elektrofahrzeuge sowie mobile und stationäre intelligente Stromzähler, die Smart Meter. Am »Smart-Grid-Demonstrator« können die Besucher selbst in die Rolle eines Energiemanagers schlüpfen und versuchen, fluktuierende Erzeugung und Verbrauch in Einklang zu bringen.