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Claudia · Beiträge: 4532 BI Teilnehmernummer: 106

Wie das Stromnetz denken lernt

Intelligente Trafos aus Kiel könnten demnächst dabei helfen, die Herausforderungen der Energiewende zu meistern

Kiel

Wir versuchen alle, umweltbewusst zu leben. Aber selbst wenn wir uns noch so viel Mühe geben – durch unseren Lebensstil verbrauchen wir viel Energie. Regenerative Energien könnten die Lösung sein, weil sie unbegrenzt vorhanden sind und in der Regel nicht die Umwelt belasten. Aber was passiert, wenn es wie jüngst eine Sonnenfinsternis gibt oder absolute Windstille herrscht? Kein Strom, kein Fernsehen, kein Licht – unser Lebensstil wäre erheblich beeinträchtigt.

Regenerative Energien bringen neue Probleme und veranlassen uns, über eine intelligente Lösung nachzudenken: Wie gelingt es, die je nach Wetterlage oder Jahres- und Tageszeit unterschiedlich große Menge an Strom zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu bringen? Generell gibt es dafür drei prinzipielle Möglichkeiten: Man könnte die Energie speichern, was aber beim derzeitigen Stand der Technologie noch mit großen Energieverlusten und hohen Kosten verbunden ist. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Netze auszubauen. So könnte etwa die geplante Nord-Süd-Trasse in Deutschland dafür sorgen, dass der im Norden produzierte Windstrom in den energiehungrigen Süden transportiert wird. Doch diese Möglichkeit ist auch teuer in der Umsetzung.

Diese Nachteile können durch eine dritte Möglichkeit reduziert werden, für die wir vor allem eine wertvolle, aber vergleichsweise günstige Ressource benötigen: unsere Intelligenz. Das Ziel ist es, unser Energiesystem an den täglichen Bedarf der Menschen zu Hause sowie bei der Arbeit anzupassen und gleichzeitig die negativen Einflüsse auf die Umwelt zu verringern. Dafür benötigt man das sogenannte Smart Grid, das intelligente Stromnetz. Ein solches Netz leitet nicht mehr nur den Strom von A nach B, sondern es weiß, wo und wie der produzierte Strom gerade gebraucht wird und nutzt die oben genannten Speicher- und Netzausbaumöglichkeiten in intelligenter Weise.

Unglücklicherweise basiert das aktuelle Stromnetz auf einer sehr alten Technologie. Bereits vor 125 Jahren wurde sie erstmals bei der Elektrifizierung einer Stadt vorgestellt. Doch bis vor kurzem wurde sie nur dafür genutzt, die Spannung höher oder niedriger zu regeln. So braucht man etwa für den Transport über Stromleitungen hohe Spannungen, um den Energieverlust möglichst gering zu halten. Bei den Haushalten darf aber natürlich nur eine Niederspannung ankommen, die wir für all unsere elektrischen Geräte benötigen. Hier hat uns der Transformator in der Vergangenheit gute Dienste geleistet.

Doch kann uns diese alte Technologie auch dabei helfen, unsere heutigen Energieprobleme in den Griff zu bekommen? Ja, das kann sie, sie muss lediglich intelligenter werden. Daher arbeitet das Team der Leistungselektronik-Gruppe der Technischen Fakultät der CAU an einer Neuerfindung des Transformators und hat dafür zwei Millionen Euro Forschungsgelder von der EU erhalten. Um Spitzen bei der Energieerzeugung aus Windkraft oder Sonne auszugleichen, soll der Transformator so konzipiert werden, dass er nicht nur wie früher die Mittelspannung in haushaltsverträgliche Niederspannung umwandeln, sondern die Spannung je nach Bedarf flexibel regulieren kann.

Darüber hinaus kann die bisher auf 50 Hertz festgelegte Netzfrequenz um weitere Frequenzen erweitert werden, so dass die Leistung auf unterschiedlichen Frequenzkanälen unabhängig voneinander übertragen werden kann. Durch Nutzung weiterer Frequenzen könnten Kanäle für sicherheitsrelevante Verbraucher – zum Beispiel Krankenhäuser – geschaffen werden, die Vorrang gegenüber anderen Kanälen bei der Netzstabilisierung haben. Die Vorteile dieser Möglichkeit sind allerdings noch nicht ganz deutlich, genauso wie damals, als wir begannen, die digitale Kommunikation zu nutzen und uns auch nicht vorstellen konnten, dass man in Deutschland sitzt und mit einem Freund in Peru von Angesicht zu Angesicht sprechen kann.

Klar ist jedoch schon jetzt, dass der intelligente Transformator wissen kann, woher wie viel Strom kommt und wer wie viel Strom braucht. Denn an diesen Knotenpunkten fließen unzählige Daten zum Stromverbrauch und zur Stromproduktion zusammen, so dass der Energiefluss dementsprechend gesteuert werden kann.

Wenn es etwa stürmt, passiert es heute noch sehr oft, dass der plötzlich zusätzlich produzierte Strom keinen Abnehmer findet. Ein intelligenter Transformator, der aus allen verbundenen Haushalten und Unternehmen die Daten zum Stromverbrauch kennt, kann hier den Strom besser einsetzen und zum Beispiel in einem elektrischen Auto speichern. Im entgegengesetzten Fall, also wenn die Sonne bedeckt ist und kein Wind weht, könnte ein solcher Transformator etwa diese in elektrischen Autos gespeicherte Energie nutzen. Gleichzeitig kann er die angeschlossenen Haushalte auch über die Höhe ihres Stromverbrauchs informieren, damit Energie nicht unnötig verschwendet wird.

Denn auch wenn wir heute schon versuchen, umweltbewusst zu leben: Wer laufend über seinen Stromverbrauch informiert wird, schaltet schneller ab, wenn der Fernseher, Computer oder das Licht gerade eigentlich gar nicht gebraucht werden.

Marco Liserre

> www.pe.tf.uni-kiel.de

> www.heart.tf.uni-kiel.de

Zuverlässige Energie trotz Wetterschwankungen

Im Stromnetz sollten Nachfrage und Produktion immer möglichst exakt
im Einklang stehen. Ist dies nicht der Fall, müssen Mittel und Wege
gefunden werden, die Differenz wieder auszugleichen. Unsere Grafik zeigt
den Verlauf einer exemplarischen Woche.

Am Mittag steht die Sonne am höchsten. Das zeigt sich auch in der
Stromproduktion der erneuerbaren Energien. Gerade an sehr sonnigen Tagen
erreicht sie um 12 Uhr herum eine deutliche Spitze und übersteigt dann
oft die Stromnachfrage.

Ebenso schnell wie die Stromproduktion zugenommen hat, fällt sie
gegen Abend hin ab. Wie stark dieser Abfall ist, hängt von der
jeweiligen Wetterlage, also der Sonnenscheindauer und der Windstärke,
ab.

In Zeiten, in denen der Strombedarf die -produktion übersteigt,
müssen variable Stromverbraucher wie Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge oder
Kühlhäuser ihre Stromaufnahme stoppen oder drosseln. Speicher geben
Strom ins Netz zurück.

Übersteigt die Stromproduktion den Bedarf müssen Stromverbraucher wie
Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge oder Kühlhäuser sowie Speicher den
überschüssigen Strom aufnehmen.