Stromnetz der Zukunft – ein Projekt mit vielen Baustellen

Aktuell stellt das Bundesministerium für Forschung und Energie ihre Forschungsergebnisse und Projekte für zukunftsfähige Stromnetze vor. Die zu erwartenden technischen Lösungen sollen einen wesentlichen Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten. Mindestens seit 2009 wird intensiv diskutiert, wie das Stromnetz der Zukunft aussehen soll.

Stromnetz – zusammengeführt, vereinheitlicht und ausgebaut

Es gibt verschiedene Wege, ein einheitliches Stromübertragungsnetz in Deutschland zu realisieren – so das Ergebnis einer Studie des Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) von 2009. Favorisiert wurde zunächst die Vollfusion aktueller Stromnetze der Netzbetreiber „EnBW Transportnetze AG“, „E.ON Netz GmbH“, „RWE Transportnetz Strom GmbH“ und „Vattenfall Europe Transmission GmbH“.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie verwies auf ökonomische und technische Gründen, die für eine eigentumsrechtliche Fusion sprechen –  um „Synergien zu heben und Kosten zu senken“. Alternativ wurde auch eine verstärkte Koordinierung von Systemfunktionen propagiert, etwa in der Beschaffung und Steuerung von Regelleistung und Regelenergie –  unabhängig von einer eigentumsrechtlichen Zusammenlegung der Stromnetze.

In 2009 trat das Gesetz zur Beschleunigung des Ausbaus der Höchstspannungsnetze in Kraft – die Stromnetz-Betreiber sollten schnell investieren. Propagiert wurden 24 vordringliche Leitungsbauvorhaben im Höchstspannungs-Übertragungsnetz (380 kV) – als Basis für die Integration des Stroms aus Windenergie und neuen, hocheffizienten konventionellen Kraftwerken, insbesondere auch für den EU-weiten Stromhandel. Die Netze sollen ausgebaut und erneuert werden, damit der Windenergie-Strom von der Küste in die Verbrauchszentren im Süden und Westen Deutschlands gelangt.

Das Gesetz sieht außerdem den Einsatz von Erdkabeln vor sowie den Einsatz der Hochspannungsgleichstrom – Übertragung (HGÜ) und die Integration neuer Anlagen zur Speicherung elektrischer Energie. Letztere sollen für die Zeitdauer von 10 Jahren von den „Netzentgelten für den Strombezug“ befreit sein. Damit sollen auch Anreize für die Entwicklung neuer Speichertechnologien geschaffen werden, denen bei der Nutzung der Windenergie eine maßgebliche Ausgleichsfunktion zugesprochen wurde.

Stromnetz – die tatsächlich erforderliche Regelleistung

Gemäß dem in 2010 eingeführten, sogenannten Netzregelverbund sind die deutschen Stromnetz-Betreiber verpflichtet, die Stromübertragungsnetze kooperativ ausregeln – das hat die Bundesnetzagentur angeordnet, und geht hierbei davon aus, dass damit eine Kosteneinsparung in dreistelliger Millionenhöhe erreicht werden kann. Die Ersparnis ist plausibel, wenn künftige Ungleichgewichte zwischen Leistung und Verbrauch gemeinsam ausgeglichen werden – denn es ist dann weniger Kraftwerkskapazität als Regelleistung vorzuhalten.

Bislang hatten die einzelnen Regelzonen unabhängig voneinander sowohl Überspeisung als auch Unterspeisung ausgeglichen – so wurde auch ein „Gegeneinanderregeln“ in Kauf genommen und teure Regelenergie unnötig eingeplant. Der angeordnete Netzregelverbund unterbindet das Gegeneinanderregeln vollständig.

Die Leistungsungleichgewichte der einzelnen Regelzonen werden saldiert, sodass nur noch der verbleibende Saldo durch den Einsatz von Regelenergie ausgeglichen werden muss. Auch die Höhe der tatsächlich vorzuhaltenden Regelleistung kann durch den Netzregelverbund reduziert werden, so die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen. Folgegutachten zur Neubemessung der vorzuhaltenden Regelleistung sind vorgesehen.

Stromnetz – leistungsstarke Konzeption

Seit 2012 gibt es den „nationalen Netzentwicklungsplan Strom“. Der Umbau der Stromnetze gilt als zentraler Schritt zur Umsetzung der Energiewende, als Voraussetzung für die Nutzung erneuerbarer Energien – so die Bundesnetzagentur. Geplant ist ein zehnjähriges Projekt zur Sicherstellung der Energieversorgung durch Windenergie, und zwar über leistungsstarke Nord-Süd-Leitungen – hierzu ist eine Optimierung und Verstärkung bestehender Stromnetze vorgesehen. Außerdem soll die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) genutzt werden. In jedem Verfahrensschritt sind die betroffenen Behörden, Verbände und Bürger einzubeziehen.

Um Bedarfsschwankungen im Stromnetz auszugleichen und die fluktuierende Einspeisung des regenerativ erzeugten Stroms zu kompensieren, propagiert beispielsweise der VDI den Einsatz dezentraler Energiespeicher. Zur Optimierung  des Eigenverbrauchs sind diese auch bei Home-Solaranwendungen und Photovoltaik-Inselnetzen angesagt. Ohnehin erscheint ein möglichst hoher Eigenverbrauchsanteil als Schlüssel zu einer dezentralen Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen – realisiert über ein intelligentes Energiemanagement.

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert „Smart power“ als kommunikativer Verbund von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern – integriert sind dezentrale Energiesysteme wie Windkraftanlagen vor den Küsten, Solarpanels auf den Dächern und Blockheizkraftwerke in den Häusern. Eine abgesicherte Energiewende ist somit ausgerichtet auf ein intelligentes Stromnetz mit intelligenter Infrastruktur und nicht zuletzt einer intelligenten Energienutzung.

Stromnetz –  qualitativ absichern und intelligent schützen

Eine gestörte Energieversorgung ist gegebenenfalls verantwortlich für Geräteausfälle und entsprechend ungeplante Stillstandszeiten – überdies kann die Anwendersicherheit gefährdet sein. Kostspielige Probleme an elektrischen Installationen und Anlagen werden am häufigsten duch eine schlechte Stromnetz-Qualität verursacht, so der Test- und Messgeräteanbieter Fluke. Das Unternehmen verweist auf entsprechende Anzeichen: wie Computerabstürze, flackernde Lampen, ausgelöste Leistungsschalter oder überhitzte Motoren. Außerdem können hierbei auch die Stromkosten aus dem Ruder laufen.

Entsprechende Inspektionen und Fehlersuchverfahren richten sich nach den Vorschriften der europäischen Norm EN 50160. Diese Norm beschreibt die Eigenschaften der elektrischen Energie über den Verlauf der Netzspannung. Zur Bestimmung der Netzqualität werden hierzu sieben Parameter herangezogen: Netzfrequenz, Abweichungen der Versorgungsspannung, Flicker, Unsymmetrie der Versorgungsspannung, Oberschwingungen, Zwischenharmonische und Netzsignale. Die überwachte Anlage wird dann als normgerecht erklärt, wenn im Laufe einer Woche der statistische Wert für die genannten Parameter bei 95 Prozent oder höher liegt.

Der TÜV SÜD kritisiert, dass das Störungspotenzial der intelligenten Stromversorgung unterschätzt wird. Der Dienstleister in Sachen Sicherheit hat offenbar Erkenntnissse, nach denen Unternehmen gegen Störungen und Angriffe auf die Stromversorgung nicht ausreichend geschützt sind. Nicht die generellen Stromausfälle gelten hierbei als größte Schadensverursacher sondern „provozierte Schwankungen“ in der Netzfrequenz und der Netzspannung.  In diesem Sinne fordert der TÜV, funktionale Sicherheit mit IT-Security zu verknüpfen und dem Risiko für „feindliche Angriffe“ anzupassen.

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Stromnetz der Zukunft - ein Projekt mit vielen Baustellen
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Ein zukunftsfähiges, flächendeckendes Stromnetz stellt sich dar als vereinheitlichte und ausgebaute Einheit - in Kenntnis der jeweils erforderlichen Regelleistung. Ein leistungsstarkes Stromnetz ist zügig zu realisieren, qualitativ absichern und intelligent schützen.
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