Doch noch können sie das gar nicht: Denn zur Stromversorgung gehört mehr, als nur den Bedarf zu decken. Der Strom muss auch verteilt werden, in Häuser und Betriebe. Das übernimmt das Stromnetz – was von den Stromerzeugern gespannt und stabil gehalten werden muss. Bislang der Job von Kohle- und Gaskraftwerken sowie der scheidenden Atomkraft.
Für die Zukunft mit "regenerativen Kraftwerken" planen die Ingenieure ein intelligentes Stromnetz. Denn soll die Energiewende funktionieren, dann müssen Wasser, Wind und Sonne in zehn Jahren für stabile Stromnetze sorgen – sonst werden sie immer wieder von Kohle und Gas abgedrängt.
Die Atomzeit ist zu Ende.
Angela Merkel: "Wer das erkennt, muss die notwendigen Konsequenzen ziehen."
Die Zukunft gehört den Erneuerbaren.
Merkel: "Wir wollen das Zeitalter der Erneuerbaren Energien erreichen."
Aber sind die Erneuerbaren reif?
Merkel: "Und ich sage ganz deutlich, es handelt sich um eine Herkulesaufgabe. Ohne wenn und aber."
So weit, so gut. Jetzt stellen sich –natürlich- alle die Frage: Können die Erneuerbaren Energien überhaupt genug Strom für den Verbrauch liefern? Wahrscheinlich ja. Wenn Forscher des Fraunhofer Instituts für Wind und Energie-Systeme IWES in Kassel Recht haben: Sie glauben, dass der Ausstieg aus der Atomkraft und der Einstieg in die Windenergie einander ergänzen. Soll heißen: Jedes Jahr werden so viele Windräder gebaut, dass sie die abgeschalteten Atomkraftwerke ersetzen. Das zeigten ihre Berechnungen. Wahrscheinlich ja, weil die Photovoltaik boomt. Solarzellen liefern heute dreimal so viel Strom wie vor zwei Jahren. 2020 sollen es fünfmal so viel sein wie heute. Sonnenkraft explodiert derzeit geradezu. Wahrscheinlich ja, weil selbst die Bundesregierung plant, den Anteil der Erneuerbaren am Verbrauch auf 35 Prozent zu steigern. Atomkraft kam auf 22 Prozent. Leistung ist also nicht die Frage. Nicht mehr.
Die wichtige ist: die Stromversorgung als ganzes zu sehen. Nicht die Kraftwerke allein. Und auch nicht das Stromnetz allein. Sondern beide zusammen. Ganzheitlich, sozusagen. Sich in dieses System einzufügen, es mit zu stützen, das ist die Reifeprüfung. Schon erheben nämlich Mahner – oder auch Lobbyisten - ihre Stimmen. Vor allem Experten aus der Stromwirtschaft – und von ihnen nahestehenden Instituten. Sie mahnen: Mehr Kohlekraftwerke bauen! Und sie warnen vor Stromausfällen durch zu viel Sonnenstrom. Und Windstrom.
Aber wenn alles beim alten ist – und eigentlich genug Strom erzeugt wird - warum drohen dann Stromausfälle? Windräder und Solarzellen stecken noch in den Kinderschuhen. Jedenfalls ganzheitlich betrachtet. Oder – systemisch gedacht. Ja, sie liefern Strom. Seit Jahren jedes Jahr etwas mehr. Und haben in der Tat – alle zusammen - 2010 rund 17 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland decken können. Ein schöner Erfolg. Und ermutigend. Aber auch erschreckend. Für Stromnetzbetreiber. Sie sind es, die dieser Tage Sorgenfalten zur Schau stellen. Denn Wind und Solarzellen sind ihnen schwierige Klienten. Die kümmern sich einfach nicht ums Stromnetz. Und zwar gleich dreifach: Sie speisen ohne Rücksicht auf den Verbrauch ein, pumpen ihren Strom immer mit voller Leistung ins Netz, und spülen ihn am falschen Ende des Stromnetzes ein, ganz unten, da wo die Energie die Kabel planmäßig eigentlich verlassen soll.
Diese Sorgenfalten gehören natürlich zum Geschäft. Keine Frage. Aber unbegründet sind sie nicht: Das Stromnetz verändert sich nämlich. Weite Teile waren bislang nur zum Verteilen da, Strom-Einbahnstraßen. Genau hier pumpen Solarzellen ihren Strom ein. Vor 2009 konnten Netzingenieure darüber noch lächeln. So wenig Strom war das. Aber seitdem explodiert die Zahl der Solarzellen geradezu. Noch ein Jahr, vielleicht zwei, dann gibt es mehr Sonnen- als Windstrom. Und während die Öffentlichkeit auf die großen Transportnetze schaut, die langen Stromleitungen - Ja, die müssen gebaut werden, um Windstrom in den Süden der Republik zu lenken - weisen Experten intern auf die lokalen und regionalen Stromnetze als drängende Problemfälle hin. Auch hier muss dringend gebaut werden. Sonst wird es mit den Erneuerbaren Essig.
Hier also die Prüfungsaufgabe. Das Szenario: Deutschland 2022. Es ist Pfingstmontag. Der Tag, an dem traditionell am wenigsten Strom verbraucht wird. Verbraucher fordern eine Leistung von etwa 30 Gigawatt. Die Zahl stammt von den Stromnetzexperten des VDE, des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik. Der Ausbau der Erneuerbaren hat wie geplant stattgefunden. Die Photovoltaikzellen haben eine theoretische Maximalleistung von rund 60 Gigawatt. Das liegt genau in der Mitte dessen, was die Solarwirtschaft für das Jahr 2020 anpeilt. Wind an Land kann etwa 44 Gigawatt Leistung liefern. Wenn der Ausbau so bleibt, wie in den vergangen Jahren. Tatsächlich erzeugen Solarzellen und Wind jedoch weniger Leistung, abhängig vom Wetter. Zu Pfingsten 2011 erreichten Solarzellen 60 Prozent ihre installierten Leistung, Wind etwa zehn. Die Daten beruhen auf Berechnungen der Solarwirtschaft und der Stromnetzbetreiber. Pfingstmontag 2022 bedeutet das: Die Sonne sorgt mittags drei Stunden lang für 36 Gigawatt. Danach fällt die Leistung langsam. Das allein würde reichen, den Bedarf zu decken. Wenig Wind – knapp 4 Gigawatt Strom. Die Aufgabe:
Übernehmen Sie das Stromnetz und sichern Sie es.
Das Hauptproblem ist dabei nicht, dass Sonne und Wind zuwenig Strom lieferten. Sie liefen vielmehr zuviel vom falschen und zu wenig vom richtigen. Die erste Frage, erste Aufgabe muss also lauten:
Liefern sie den richtigen Strom! Strom, der das Netz spannt und balanciert. Welchen Strom braucht das Netz?
"Damit wir überhaupt im Netz Wirkleistung, also elektrische Leistung, die für uns von Nutzen ist, die wir in Wärme oder die wir in einer Arbeitsmaschine für uns wirken lassen können – damit wir diese Wirkleistung übertragen können, muss das Netz in einen bestimmten Betriebszustand gebracht werden, es muss nämlich – unter Spannung gesetzt werden und es muss magnetisiert werden, wir pumpen zunächst Energie in das Netz hinein, wir bezeichnen dies als die so genannte Blindleistung. Und dafür brauchen wir viele Kraftwerke, viele Generatoren, die verteilt im Netz stehen."
Um in dem Bild zu bleiben: Kraftwerke spannen das Stromnetz. Man müsste es auch gleich noch ergänzen: Und sie balancieren es. Kraftwerke haben also drei Aufgaben: Zuerst Strom für Verbraucher erzeugen, dann für seinen Transport sorgen und schließlich das Netz ausbalancieren, damit es nicht abstürzt. Stromausfall. Den Verbrauch decken, das ist im Rahmen dieser Prüfung ohne Probleme möglich.Das Stromnetz spannen die Generatoren mit Hilfe von Blindleistung. Das ist Strom, der nicht zur Arbeit taugt, aber dazu, Magnetfelder aufzubauen. In dieser Eigenschaft ist er Netzbetreibern erwünscht: Er hilft, Strom durch Kabel zu schicken.
Das Problem an dieser Blindleistung: Sie lässt sich kaum über große Strecken schicken. Lange Kabel von der Küste nach Bayern helfen daher nicht, das Stromnetz in Bayern zu spannen. Das beste ist daher, sie möglichst flächendeckend zu erzeugen und in die Stromnetze einzuspeisen. In Bayern und Baden Württemberg haben das bislang die Atomkraftwerke getan. Ein Teil ist davon jetzt abgeschaltet.
Die dritte Aufgabe ist die Balance. Balancieren?
Den Verbrauch und die Erzeugung. Ins Stromnetz muss immer so viel Strom hinein, wie Verbraucher abzapfen. Grund dafür sind die Generatoren. Das Netz beeinflusst auch sie. Fließt zuviel Strom aus dem Netz, wächst der Widerstand – die Generatoren drehen langsamer, die Maschinen überlasten. Umgekehrt, wenn Verbraucher zu wenig Strom zapfen, drehen die Generatoren schneller, kriegen das Rasen. Die Frequenz steigt. Auch das schadet. Der Rahmen dafür ist sehr eng. Schon bei 50,2 Hertz müssen Ingenieure in den Schaltwarten eingreifen.
Und der Ausgleich? Kleine Schwankungen können die Kraftwerke selbst ausgleichen. Automatisch. Dafür liefern sie nur 98 Prozent ihrer Leistung ins Stromnetz. Das reicht, um im Notfall eine Handvoll Watt mehr ins Netz pumpen zu können. Bei größeren Schwankungen müssen Netzingenieure in Schaltwarten eingreifen: Sie beobachten die Frequenz im Stromnetz – gleich Umdrehungen pro Minute, 50 Hertz. Fällt sie, greifen die Ingenieure ein, fordern mehr Leistung ab oder schalten ab. Das Problem ist nun: Ein Teil dieser Kraftwerke wird jetzt abgeschaltet – die Atommeiler. Und sie werden ersetzt durch Wind und Solarkraftwerke. Auf lange Sicht. Aber das Netz muss gespannt bleiben und weiter balancieren. Blindleistung und Regelleistung müssen also weiter eingespeist werden. Bis jetzt machen das aber Windräder und Solarzellen, Biomassekraftwerke oder Stromspeicher nicht. Sollen sie aber Pfingstmontag 2022 drei Stunden allein auf das Netz aufpassen, müssen sie es können – sonst machen diese Arbeit weiter andere – Kohle und Gaskraftwerke. Das wäre ärgerlich. Ganz besonders, weil die Erneuerbaren in der Lage wären, eigentlich den ganzen Stromhunger des Netzes zu decken. Jochen Kreusel, VDE:
"Wenn das heute passieren würde, so wie wir das System heute betreiben, dann würden wir sehr früh, lange vor Erreichen der Last die Erneuerbaren Energien abregeln müssen, es bliebe uns nichts anderes übrig, weil wir nämlich noch ein paar thermische Regelkraftwerke, und zwar gar nicht so wenig, am Netz halten müssten, damit wir das System stabil halten. Woran Sie auch sofort sehen: Wenn wir so weiter machen wie bisher, dann wird es ziemlich schwierig, die gewünschten Energieziele für Erneuerbare Energien zu erreichen, weil Sie halt den Beitrag lange vor erreichen der Lastdeckung begrenzen müssten. Und das heißt, Sie müssten dann für die schwachen Erzeugungszeiten noch mehr Leistung installieren. Wir werden also daher in den nächsten Jahren dazu kommen müssen, nach meiner Überzeugung, dass die neuen Erneuerbaren Energien selbst ein Teil der letztlich Frequenzstabilisierung leisten, je mehr wir da kommen, je weiter wir da kommen, desto mehr kommen wir auch auf die Situation hin, dass wir die Last tatsächlich temporär aus diesen Quellen decken können, und was die Ausbeute erhöhen wird. Aber das ist durchaus eine wesentliche technische Herausforderung, die bisher nicht bearbeitet wird."
Bleibt das so, bestehen die Erneuerbaren ihre Prüfung nicht. Wie lösen die Erneuerbaren ihre Prüfungsaufgabe, wie spannen und balancieren sie das Stromnetz? Drei Ströme braucht das Netz – Um den Verbrauch zu decken, um das Netz zu spannen, und um zu Balancieren. "Volle Kraft voraus" wie bisher, geht also nicht. Das kann die Erneuerbaren sogar ausbremsen. Eine paradoxe Situation. Auf den ersten Blick. Aber um das Stromnetz zu spannen, müssen die Erneuerbaren natürlich auch Energie aufwenden – nur, dass diese nicht in der Verbrauchsbilanz erscheint. Und zum Balancieren brauchen sie einfach ein wenig Bewegungsfreiheit in der Leistungssteuerung. Wenn sie 2022 für einige Stunden alle fossilen Kraftwerke aus dem Netz drängen können wollen.
Können sie das nicht, müsste ein guter Teil ihres Stroms einfach verfallen. Weil die Garde der alten Kraftwerke am Netz hängen, ins Netz Strom liefern muss, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Was für eine Verschwendung. Die Reifeprüfung wäre nicht bestanden.
Die Frage in der Prüfung ist jetzt: Wie geht das? Wie können die Erneuerbaren helfen, das Netz zu balancieren und zu spannen?
Balancieren und spannen sie das Stromnetz! Welchen Lösungsansatz wählen Sie?
Dafür noch einmal im Blick: Wie balancieren denn Kohle und Atom? Markus Zdrallek, Universität Wuppertal:
"Heute passiert die Ausregelung, und die Frequenzstabilisierung ausschließlich über die konventionellen Kraftwerke, die entsprechend dem, was die regenerativen Kraftwerke einspeisen, ihre Leistung anpassen. Das geschieht automatisch, wo die konventionellen Kraftwerke innerhalb einer gewissen Bandbreite, ich sag mal, ein, zwei Prozent hoch oder runter gefahren werden. Und genau an dieser Regelung werden sich künftig auch die regenerativen und die Photovoltaikanlagen beteiligen müssen, was dann auch so funktionieren könnte, wie das heute bei konventionellen Kraftwerken der Fall ist, nämlich dass sie nur 98 Prozent ihrer eigentlichen Einspeiseleistung einspeisen, und dass wir noch eine gewisse Reserve haben, um die Regelung zu gewährleisten."
Das scheint der richtige Lösungsansatz zu sein: Weniger ist mehr. Denn dann können Solarzellen und Windräder auch balancieren. Vorausgesetzt, Wind weht oder Sonne scheint. Sonst muss die Biomasse ran. Pfingsten 2022, bei einer Last von 30 Gigawatt und einer Leistung von 36 Gigawatt allein durch die Photovoltaik, wäre dafür genug Sonne vorhanden. Die Solarzellen allein erzeugten dann 35,28 Gigawatt. Mehr als genug, um zu puffern, sagen Stromnetzexperten. Und genug, um das Stromnetz durch Blindleistung zu spannen. Was übrig ist, könnte dann in Speicher geleitet werden, wenn es sie denn gibt.
Wenn nicht?
– verschenkt.
Und können sie dagegen nicht puffern, sich nicht an der Balance beteiligen, und auch keine Blindleistung liefern, dürften sie auch nicht diese 36 Gigawatt liefern. Sie würden schon deutlich unter 30 Gigawatt abgeregelt. Um Platz zu lassen für die fossilen Kraftwerke. Strom für Speicher wäre dann keiner übrig. Weniger ist also tatsächlich mehr. Es würde auch Geld sparen. Das Netzbetreiber – und damit der Verbraucher - sonst für neue Kabel und Trafos ausgeben müssten.
Warum?
Wind und Sonne und Biomasse sind übers ganze Land verstreut. Sie pumpen ihren Strom daher nicht in die gleichen Kabel wie die klassischen Kraftwerke. Sondern genau ans andere Ende, an dem eigentlich der Strom aus dem Netz raus sollte.
Hier vielleicht eine Anmerkung: Das Stromnetz ist ähnlich aufgebaut wie das Straßennetz. Es gibt Autobahnen Bundesstraßen, Landstraßen und Gassen. Die Autobahnen heißen Transportnetz. Das sind die hohen Gittermasten mit den langen Isolatoren, da hängen die Kabel dran. Nie mehr als zwei nebeneinander. Ist der Mast nicht ganz so hoch, hängen auch mal drei Kabel in Reihe, ist es die Bundesstraße der Stromversorgung. Die Strom-Gassen sind meist vergraben.
Windräder, Solarzellen und Biomassekraftwerke liefern ihren Strom also nicht ins Transportnetz. Sie pumpen ihn ins Verteilnetz. Der Wind in die Bundesstraßen, die Photovoltaik ganz ans Ende: in die Gassen. Eigentlich waren das bis jetzt Einbahnstraßen. In diesen Gassen wird es eng. Solange der Strom vor Ort gleich wieder verbraucht wird, ist alles in Ordnung. Wenn aber nicht, drängt der Solarstrom durch die engen Gassen zu nächsten Einmündung, eine Trafo-Station, und schwappt – Einbahnstraße gegen den Strich – in die nächst-höhere Stromebene. Oder – auch das ist möglich – der Trafo bricht zusammen. Die Folge: Ein Stromausfall.
Die Lösung: Traditionell: Größere Trafos, dickere Kabel. Also Netzausbau. Das kostet Geld. Fahren die Erneuerbaren dagegen vor Ort mit etwas weniger Leistung, und beteiligen sie sich an der Balance, dann wäre das nicht nötig. Nicht in dem Maße jedenfalls. Weniger ist also mehr, sogar auf doppelte Weise: Es macht fossile Kraftwerke überflüssig und eine Netzverstärkung vor Ort auch. Jochen Kreusel, VDE:
"Wir haben bis jetzt einen nahezu unbegrenzten Einspeisevorrang – das werden wir uns auf Dauer so nicht leisten können, wir werden uns schon fragen müssen, ist es mitunter sinnvoller, mal so die letzten Prozent theoretisch möglicher Produktion verfallen zu lassen – das klingt jetzt wenig, aber diese letzten Prozent sind von der Leistung her durchaus relevant – und dadurch zum Beispiel den Infrastrukturausbau zu begrenzen."
Der Lösungsweg ist also klar. Weiter so – geht nicht. Das führt nicht in die Erneuerbare Zukunft. Weniger Watt jetzt bringen mehr zu Pfingsten 2022. Die Erneuerbaren müssen sich dafür also dem Stromnetz anpassen. Das gilt aber auch umgekehrt: Das Stromnetz den Erneuerbaren. Faktisch passiert das schon: Die alte Aufteilung – hier Transport, da Verteilung – funktioniert nicht mehr. Was früher verteilte, sammelt heute Strom ein – und muss ihn weiter reichen. Nur: Niemand hat die Netze auf die neue Aufgabe vorbereitet. Was hier passiert, bleibt Netzingenieuren meist verborgen. Denn weil die ganzen kleinen Straßen und Gässchen bis jetzt Einbahnstraßen für Strom waren, werden sie auch kaum überwacht. Was hier passiert, kann also für den Rest des Stromnetzes ziemlich überraschend kommen – und es ins Taumeln bringen.
Im letzten Teil der Prüfung geht nun um die Praxis. Die Umsetzung des gefundenen Lösung: Aufrüstung tut not. Wenn Sonne und Wind das Stromnetz übernehmen sollen, muss es darauf vorbereitet werden.
Markus Zdrallek: "Da werden wir zu neuen Strukturen kommen, wir werden auch die Art und weise, wie wir bisher Netze geplant haben, im Verteilungsnetz bis in die Haushalte hinein überdenken müssen, weil sich die nämlich orientiert am Verbraucherverhalten. Jetzt auf einmal kehrt sich die Situation um, jetzt ist die Einspeisesituation das Bestimmende für die Netze, und darauf müssen die Netze reagieren in ihrer Struktur, in ihren Betriebsmitteln und auch in der Frage, wie viel Steuerungs- und Kontrollintelligenz brauche ich in diesen Spannungsebenen."
Drei Dinge braucht das Netz, um die Prüfung zu bestehen: eine neue Struktur, neue Betriebsmittel und eine neue Kontrollintelligenz. Die Struktur bereitet den Technikern besondere Sorgen: Solarzellen und Windräder sind Legion. Sie sind über das ganze Land verstreut. Und viele davon sind noch nicht einmal steuerbar. Soll heißen: die Ingenieure könnten sie nur aus- oder einschalten. Aber nicht regeln. Wenn sie die Geräte überhaupt erreichen. Die meisten – alten - sind nämlich taub. Sie können keinen Befehl hören. Weil sie weder per Telefon, noch Powerline oder Funk erreichbar sind – sie haben keinen Empfänger, können nicht kommunizieren. Neue Anlagen – Solar wie Wind – dagegen können hören. Und einige der Alten könnten zumindest nachgerüstet werden.
Soweit zur Struktur? Zur Struktur gehört auch, dass eine Technik für die Kommunikation da sein müsste. Solaranlagen, Windräder und Biomassegeneratoren müssen also auch an Kommunikationsnetz gehängt werden - wahlweise ans Telefon oder an den Datenverkehr, per Stromleitung oder Funk.
Stichwort Betriebsmittel. Bedeutet einmal: Überwachung von Spannung und Frequenz. Entweder am Ortsnetztrafo oder durch die Einspeisegeräte der Erneuerbaren selbst. Bedeutet aber auch: Reaktion auf diese Daten, durch Balancieren und Spannen. Dafür sind die Erneuerbaren im Prinzip recht gut gerüstet. Weder Wind noch Sonne können nämlich ihren Strom direkt ins Netz pumpen. Solarzellen liefern Gleichstrom. Das Stromnetz braucht aber Wechselstrom. Zwischen beiden hängt daher eine Black Box. Ein Wechselrichter. Der zerhackt den Gleichstrom und formt daraus Wechselstrom, kann aber auch die Solarzellen selber ein- oder ausschalten. So genau, dass die Solarzellen wie gewünscht, 98 Prozent ihrer vollen Leistung abgeben –bei Bedarf auch etwas mehr oder weniger. Solange die Sonne scheint. Und solange sie scheint, können die Wechselrichter auch das Stromnetz spannen – indem sie einen Teil der Leistung als Blindleistung ins Netz schicken. Wind kann ähnliches tun. Wie Solarzellen können auch Windräder ihren Strom nicht direkt ins Netz schicken. Sie erzeugen zwar keinen Gleichstrom, sondern Wechselstrom, aber einen unregelmäßigen: Die Rotoren drehen sich abhängig vom Wind. Mal langsamer, mal schneller. Entsprechend schwankt auch die erzeugte Frequenz ihre Stroms. Das Stromnetz will aber immer 50 Hertz haben. Daher richten Windräder ihren Strom um. Eine komplexe Technik: Erst erzeugt ein Gleichrichter Gleichstrom. Und dann ein Wechselrichter wie bei den Solarzellen Wechselstrom.
Seit 2009 müssen Wechselrichter der Windräder in der Lage sein, auf Frequenzschwankungen automatisch zu reagieren – zu balancieren – und Blindleistung zu erzeugen – das Netz zu spannen. Diese jetzt mit einem Empfänger auszurüsten, wäre der nächste Schritt. Und die Kontrollintelligenz? Das könnte man vielleicht als Digitale Leitwarte bezeichnen. Sie ist diejenige, die all diese Daten zusammenführen, auswerten und steuern muss. Nur: Die gibt es noch gar nicht. Denkbar wären zwei Ansätze: Wie bisher ein zentralistischer Aufbau. Alle Informationen gehen an eine Zentrale, dort wird die Entscheidung getroffen und dann gesteuert. Das würde der alten Struktur am besten passen. Könnte aber auch angesichts der Datenflut die alten Wege überfordern. Denkbar wäre auch ein dezentraler Ansatz. Die Daten werden vor Ort gesammelt, automatisch ausgewertet, Entscheidungen getroffen und dann umgesetzt im lokalen Netz. Viele kleine Rechner würden dann die Gassen und Gässchen des Stromnetzes automatisch in Balance halten, zu Pfingsten 2022.
Markus Zdrallek: "Der wesentliche Knackpunkt aus meiner Sicht ist, dass diese Steuerung dann möglichst autark und automatisiert passieren muss. Und das ist etwas, was heute auch in höheren Spannungsebenen nicht der Fall ist. Sondern dort ist es im wesentlichen so, dass das Schaltpersonal in der Netzleitstelle das Netz überwacht und beobachtet und steuernd eingreift. Es geht noch sehr wenig dort automatisch vonstatten, und das ist das, was wir brauchen werden, wenn wir jetzt daran gehen, die Millionen von Ortsnetzstationen, die wir in Deutschland haben, zu automatisieren, die kann man nicht mehr in einer bestimmten Stelle zentral überwachen, sondern das muss dezentral und automatisiert vor Ort passieren."
Denkbar wäre auch, dass diese Automatisierung zurückflutet in die höheren Ebenen. Dann balancierte sich irgendwann sogar das Transportnetz selbst. Das Smart Grid wäre Wirklichkeit. Strom ist also nicht gleich Strom, weniger im Kleinen ist mehr im Großen, wenn die Erneuerbaren die fossilen Kraftwerke ablösen sollen. Und lokal handlen, sprich: balancieren, ist so wichtig wie global denken, sprich: das ganze Netz zu übernehmen. Das sind die Prüfungsthemen.
Ja. Einige Dinge sind nicht vorgekommen heute. Der Ausbau der Stromleitungen von der Küste ins Hinterland zum Beispiel. Ist wichtig, keine Frage, muss kommen. Aber: Über den reden ja alle schon. Und wie die Erneuerbaren sich ins System einfügen, hängt davon nicht ab. Ist nicht prüfungsrelevant. Auch die Speicher kamen nicht vor. Stimmt. Natürlich sind sie auch wichtig. Und ohne sie wird es nicht gehen, sollen die Erneuerbaren das ganze Netz übernehmen. Aber auch von ihnen hängt die Reifeprüfung nicht ab. Sondern, wie gesagt, davon, ob sie sich ins Gesamtsystem einfügen oder nicht, und ob sie dann das ganze Netz allein führen können.
Und die immer wieder diskutierte und auch bereits in Ansätzen erforschte Lastverlagerung spielte keine Rolle für die Prüfung. Lastverlagerung - das ist die Idee, dann Strom zu verbrauchen, wenn viel Sonnen- oder Windstrom ins Netz drängt. Auch das wichtig, auch das hilft sehr, wird nötig sein, wird kommen. Aber auch hier gilt: Es ist ein Hilfsmittel – aber die Reifeprüfung hängt davon nicht ab. Die Reifeprüfung hängt davon ab, dass die Befürworter der Erneuerbaren Energieversorgung (zu der sich auch der Autor zählt) erkennen: Stromversorgung ist eine komplexe Balance. Alle müssen sich daran beteiligen. Und nur dann, wenn Teilaufgaben richtig gelöst sind, sich Solar- und Windstrom an der Balance und am Spannen der Stromnetze beteiligen, bestehen sie die Reifeprüfung, können das Netz allein führen.
Und diese Prüfung steht nicht erst im Jahr 2050 an. Sondern – wenn auch nur für ein paar Stunden – schon Pfingstmontag 2022 - oder 21, oder 23 oder etwas früher oder später – in dem Augenblick, in dem die Erneuerbaren genug Strom für den ganzen Verbrauch liefern können.
Für die Zukunft mit "regenerativen Kraftwerken" planen die Ingenieure ein intelligentes Stromnetz. Denn soll die Energiewende funktionieren, dann müssen Wasser, Wind und Sonne in zehn Jahren für stabile Stromnetze sorgen – sonst werden sie immer wieder von Kohle und Gas abgedrängt.
Die Atomzeit ist zu Ende.
Angela Merkel: "Wer das erkennt, muss die notwendigen Konsequenzen ziehen."
Die Zukunft gehört den Erneuerbaren.
Merkel: "Wir wollen das Zeitalter der Erneuerbaren Energien erreichen."
Aber sind die Erneuerbaren reif?
Merkel: "Und ich sage ganz deutlich, es handelt sich um eine Herkulesaufgabe. Ohne wenn und aber."
So weit, so gut. Jetzt stellen sich –natürlich- alle die Frage: Können die Erneuerbaren Energien überhaupt genug Strom für den Verbrauch liefern? Wahrscheinlich ja. Wenn Forscher des Fraunhofer Instituts für Wind und Energie-Systeme IWES in Kassel Recht haben: Sie glauben, dass der Ausstieg aus der Atomkraft und der Einstieg in die Windenergie einander ergänzen. Soll heißen: Jedes Jahr werden so viele Windräder gebaut, dass sie die abgeschalteten Atomkraftwerke ersetzen. Das zeigten ihre Berechnungen. Wahrscheinlich ja, weil die Photovoltaik boomt. Solarzellen liefern heute dreimal so viel Strom wie vor zwei Jahren. 2020 sollen es fünfmal so viel sein wie heute. Sonnenkraft explodiert derzeit geradezu. Wahrscheinlich ja, weil selbst die Bundesregierung plant, den Anteil der Erneuerbaren am Verbrauch auf 35 Prozent zu steigern. Atomkraft kam auf 22 Prozent. Leistung ist also nicht die Frage. Nicht mehr.
Die wichtige ist: die Stromversorgung als ganzes zu sehen. Nicht die Kraftwerke allein. Und auch nicht das Stromnetz allein. Sondern beide zusammen. Ganzheitlich, sozusagen. Sich in dieses System einzufügen, es mit zu stützen, das ist die Reifeprüfung. Schon erheben nämlich Mahner – oder auch Lobbyisten - ihre Stimmen. Vor allem Experten aus der Stromwirtschaft – und von ihnen nahestehenden Instituten. Sie mahnen: Mehr Kohlekraftwerke bauen! Und sie warnen vor Stromausfällen durch zu viel Sonnenstrom. Und Windstrom.
Aber wenn alles beim alten ist – und eigentlich genug Strom erzeugt wird - warum drohen dann Stromausfälle? Windräder und Solarzellen stecken noch in den Kinderschuhen. Jedenfalls ganzheitlich betrachtet. Oder – systemisch gedacht. Ja, sie liefern Strom. Seit Jahren jedes Jahr etwas mehr. Und haben in der Tat – alle zusammen - 2010 rund 17 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland decken können. Ein schöner Erfolg. Und ermutigend. Aber auch erschreckend. Für Stromnetzbetreiber. Sie sind es, die dieser Tage Sorgenfalten zur Schau stellen. Denn Wind und Solarzellen sind ihnen schwierige Klienten. Die kümmern sich einfach nicht ums Stromnetz. Und zwar gleich dreifach: Sie speisen ohne Rücksicht auf den Verbrauch ein, pumpen ihren Strom immer mit voller Leistung ins Netz, und spülen ihn am falschen Ende des Stromnetzes ein, ganz unten, da wo die Energie die Kabel planmäßig eigentlich verlassen soll.
Diese Sorgenfalten gehören natürlich zum Geschäft. Keine Frage. Aber unbegründet sind sie nicht: Das Stromnetz verändert sich nämlich. Weite Teile waren bislang nur zum Verteilen da, Strom-Einbahnstraßen. Genau hier pumpen Solarzellen ihren Strom ein. Vor 2009 konnten Netzingenieure darüber noch lächeln. So wenig Strom war das. Aber seitdem explodiert die Zahl der Solarzellen geradezu. Noch ein Jahr, vielleicht zwei, dann gibt es mehr Sonnen- als Windstrom. Und während die Öffentlichkeit auf die großen Transportnetze schaut, die langen Stromleitungen - Ja, die müssen gebaut werden, um Windstrom in den Süden der Republik zu lenken - weisen Experten intern auf die lokalen und regionalen Stromnetze als drängende Problemfälle hin. Auch hier muss dringend gebaut werden. Sonst wird es mit den Erneuerbaren Essig.
Hier also die Prüfungsaufgabe. Das Szenario: Deutschland 2022. Es ist Pfingstmontag. Der Tag, an dem traditionell am wenigsten Strom verbraucht wird. Verbraucher fordern eine Leistung von etwa 30 Gigawatt. Die Zahl stammt von den Stromnetzexperten des VDE, des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik. Der Ausbau der Erneuerbaren hat wie geplant stattgefunden. Die Photovoltaikzellen haben eine theoretische Maximalleistung von rund 60 Gigawatt. Das liegt genau in der Mitte dessen, was die Solarwirtschaft für das Jahr 2020 anpeilt. Wind an Land kann etwa 44 Gigawatt Leistung liefern. Wenn der Ausbau so bleibt, wie in den vergangen Jahren. Tatsächlich erzeugen Solarzellen und Wind jedoch weniger Leistung, abhängig vom Wetter. Zu Pfingsten 2011 erreichten Solarzellen 60 Prozent ihre installierten Leistung, Wind etwa zehn. Die Daten beruhen auf Berechnungen der Solarwirtschaft und der Stromnetzbetreiber. Pfingstmontag 2022 bedeutet das: Die Sonne sorgt mittags drei Stunden lang für 36 Gigawatt. Danach fällt die Leistung langsam. Das allein würde reichen, den Bedarf zu decken. Wenig Wind – knapp 4 Gigawatt Strom. Die Aufgabe:
Übernehmen Sie das Stromnetz und sichern Sie es.
Das Hauptproblem ist dabei nicht, dass Sonne und Wind zuwenig Strom lieferten. Sie liefen vielmehr zuviel vom falschen und zu wenig vom richtigen. Die erste Frage, erste Aufgabe muss also lauten:
Liefern sie den richtigen Strom! Strom, der das Netz spannt und balanciert. Welchen Strom braucht das Netz?
"Damit wir überhaupt im Netz Wirkleistung, also elektrische Leistung, die für uns von Nutzen ist, die wir in Wärme oder die wir in einer Arbeitsmaschine für uns wirken lassen können – damit wir diese Wirkleistung übertragen können, muss das Netz in einen bestimmten Betriebszustand gebracht werden, es muss nämlich – unter Spannung gesetzt werden und es muss magnetisiert werden, wir pumpen zunächst Energie in das Netz hinein, wir bezeichnen dies als die so genannte Blindleistung. Und dafür brauchen wir viele Kraftwerke, viele Generatoren, die verteilt im Netz stehen."
Um in dem Bild zu bleiben: Kraftwerke spannen das Stromnetz. Man müsste es auch gleich noch ergänzen: Und sie balancieren es. Kraftwerke haben also drei Aufgaben: Zuerst Strom für Verbraucher erzeugen, dann für seinen Transport sorgen und schließlich das Netz ausbalancieren, damit es nicht abstürzt. Stromausfall. Den Verbrauch decken, das ist im Rahmen dieser Prüfung ohne Probleme möglich.Das Stromnetz spannen die Generatoren mit Hilfe von Blindleistung. Das ist Strom, der nicht zur Arbeit taugt, aber dazu, Magnetfelder aufzubauen. In dieser Eigenschaft ist er Netzbetreibern erwünscht: Er hilft, Strom durch Kabel zu schicken.
Das Problem an dieser Blindleistung: Sie lässt sich kaum über große Strecken schicken. Lange Kabel von der Küste nach Bayern helfen daher nicht, das Stromnetz in Bayern zu spannen. Das beste ist daher, sie möglichst flächendeckend zu erzeugen und in die Stromnetze einzuspeisen. In Bayern und Baden Württemberg haben das bislang die Atomkraftwerke getan. Ein Teil ist davon jetzt abgeschaltet.
Die dritte Aufgabe ist die Balance. Balancieren?
Den Verbrauch und die Erzeugung. Ins Stromnetz muss immer so viel Strom hinein, wie Verbraucher abzapfen. Grund dafür sind die Generatoren. Das Netz beeinflusst auch sie. Fließt zuviel Strom aus dem Netz, wächst der Widerstand – die Generatoren drehen langsamer, die Maschinen überlasten. Umgekehrt, wenn Verbraucher zu wenig Strom zapfen, drehen die Generatoren schneller, kriegen das Rasen. Die Frequenz steigt. Auch das schadet. Der Rahmen dafür ist sehr eng. Schon bei 50,2 Hertz müssen Ingenieure in den Schaltwarten eingreifen.
Und der Ausgleich? Kleine Schwankungen können die Kraftwerke selbst ausgleichen. Automatisch. Dafür liefern sie nur 98 Prozent ihrer Leistung ins Stromnetz. Das reicht, um im Notfall eine Handvoll Watt mehr ins Netz pumpen zu können. Bei größeren Schwankungen müssen Netzingenieure in Schaltwarten eingreifen: Sie beobachten die Frequenz im Stromnetz – gleich Umdrehungen pro Minute, 50 Hertz. Fällt sie, greifen die Ingenieure ein, fordern mehr Leistung ab oder schalten ab. Das Problem ist nun: Ein Teil dieser Kraftwerke wird jetzt abgeschaltet – die Atommeiler. Und sie werden ersetzt durch Wind und Solarkraftwerke. Auf lange Sicht. Aber das Netz muss gespannt bleiben und weiter balancieren. Blindleistung und Regelleistung müssen also weiter eingespeist werden. Bis jetzt machen das aber Windräder und Solarzellen, Biomassekraftwerke oder Stromspeicher nicht. Sollen sie aber Pfingstmontag 2022 drei Stunden allein auf das Netz aufpassen, müssen sie es können – sonst machen diese Arbeit weiter andere – Kohle und Gaskraftwerke. Das wäre ärgerlich. Ganz besonders, weil die Erneuerbaren in der Lage wären, eigentlich den ganzen Stromhunger des Netzes zu decken. Jochen Kreusel, VDE:
"Wenn das heute passieren würde, so wie wir das System heute betreiben, dann würden wir sehr früh, lange vor Erreichen der Last die Erneuerbaren Energien abregeln müssen, es bliebe uns nichts anderes übrig, weil wir nämlich noch ein paar thermische Regelkraftwerke, und zwar gar nicht so wenig, am Netz halten müssten, damit wir das System stabil halten. Woran Sie auch sofort sehen: Wenn wir so weiter machen wie bisher, dann wird es ziemlich schwierig, die gewünschten Energieziele für Erneuerbare Energien zu erreichen, weil Sie halt den Beitrag lange vor erreichen der Lastdeckung begrenzen müssten. Und das heißt, Sie müssten dann für die schwachen Erzeugungszeiten noch mehr Leistung installieren. Wir werden also daher in den nächsten Jahren dazu kommen müssen, nach meiner Überzeugung, dass die neuen Erneuerbaren Energien selbst ein Teil der letztlich Frequenzstabilisierung leisten, je mehr wir da kommen, je weiter wir da kommen, desto mehr kommen wir auch auf die Situation hin, dass wir die Last tatsächlich temporär aus diesen Quellen decken können, und was die Ausbeute erhöhen wird. Aber das ist durchaus eine wesentliche technische Herausforderung, die bisher nicht bearbeitet wird."
Bleibt das so, bestehen die Erneuerbaren ihre Prüfung nicht. Wie lösen die Erneuerbaren ihre Prüfungsaufgabe, wie spannen und balancieren sie das Stromnetz? Drei Ströme braucht das Netz – Um den Verbrauch zu decken, um das Netz zu spannen, und um zu Balancieren. "Volle Kraft voraus" wie bisher, geht also nicht. Das kann die Erneuerbaren sogar ausbremsen. Eine paradoxe Situation. Auf den ersten Blick. Aber um das Stromnetz zu spannen, müssen die Erneuerbaren natürlich auch Energie aufwenden – nur, dass diese nicht in der Verbrauchsbilanz erscheint. Und zum Balancieren brauchen sie einfach ein wenig Bewegungsfreiheit in der Leistungssteuerung. Wenn sie 2022 für einige Stunden alle fossilen Kraftwerke aus dem Netz drängen können wollen.
Können sie das nicht, müsste ein guter Teil ihres Stroms einfach verfallen. Weil die Garde der alten Kraftwerke am Netz hängen, ins Netz Strom liefern muss, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Was für eine Verschwendung. Die Reifeprüfung wäre nicht bestanden.
Die Frage in der Prüfung ist jetzt: Wie geht das? Wie können die Erneuerbaren helfen, das Netz zu balancieren und zu spannen?
Balancieren und spannen sie das Stromnetz! Welchen Lösungsansatz wählen Sie?
Dafür noch einmal im Blick: Wie balancieren denn Kohle und Atom? Markus Zdrallek, Universität Wuppertal:
"Heute passiert die Ausregelung, und die Frequenzstabilisierung ausschließlich über die konventionellen Kraftwerke, die entsprechend dem, was die regenerativen Kraftwerke einspeisen, ihre Leistung anpassen. Das geschieht automatisch, wo die konventionellen Kraftwerke innerhalb einer gewissen Bandbreite, ich sag mal, ein, zwei Prozent hoch oder runter gefahren werden. Und genau an dieser Regelung werden sich künftig auch die regenerativen und die Photovoltaikanlagen beteiligen müssen, was dann auch so funktionieren könnte, wie das heute bei konventionellen Kraftwerken der Fall ist, nämlich dass sie nur 98 Prozent ihrer eigentlichen Einspeiseleistung einspeisen, und dass wir noch eine gewisse Reserve haben, um die Regelung zu gewährleisten."
Das scheint der richtige Lösungsansatz zu sein: Weniger ist mehr. Denn dann können Solarzellen und Windräder auch balancieren. Vorausgesetzt, Wind weht oder Sonne scheint. Sonst muss die Biomasse ran. Pfingsten 2022, bei einer Last von 30 Gigawatt und einer Leistung von 36 Gigawatt allein durch die Photovoltaik, wäre dafür genug Sonne vorhanden. Die Solarzellen allein erzeugten dann 35,28 Gigawatt. Mehr als genug, um zu puffern, sagen Stromnetzexperten. Und genug, um das Stromnetz durch Blindleistung zu spannen. Was übrig ist, könnte dann in Speicher geleitet werden, wenn es sie denn gibt.
Wenn nicht?
– verschenkt.
Und können sie dagegen nicht puffern, sich nicht an der Balance beteiligen, und auch keine Blindleistung liefern, dürften sie auch nicht diese 36 Gigawatt liefern. Sie würden schon deutlich unter 30 Gigawatt abgeregelt. Um Platz zu lassen für die fossilen Kraftwerke. Strom für Speicher wäre dann keiner übrig. Weniger ist also tatsächlich mehr. Es würde auch Geld sparen. Das Netzbetreiber – und damit der Verbraucher - sonst für neue Kabel und Trafos ausgeben müssten.
Warum?
Wind und Sonne und Biomasse sind übers ganze Land verstreut. Sie pumpen ihren Strom daher nicht in die gleichen Kabel wie die klassischen Kraftwerke. Sondern genau ans andere Ende, an dem eigentlich der Strom aus dem Netz raus sollte.
Hier vielleicht eine Anmerkung: Das Stromnetz ist ähnlich aufgebaut wie das Straßennetz. Es gibt Autobahnen Bundesstraßen, Landstraßen und Gassen. Die Autobahnen heißen Transportnetz. Das sind die hohen Gittermasten mit den langen Isolatoren, da hängen die Kabel dran. Nie mehr als zwei nebeneinander. Ist der Mast nicht ganz so hoch, hängen auch mal drei Kabel in Reihe, ist es die Bundesstraße der Stromversorgung. Die Strom-Gassen sind meist vergraben.
Windräder, Solarzellen und Biomassekraftwerke liefern ihren Strom also nicht ins Transportnetz. Sie pumpen ihn ins Verteilnetz. Der Wind in die Bundesstraßen, die Photovoltaik ganz ans Ende: in die Gassen. Eigentlich waren das bis jetzt Einbahnstraßen. In diesen Gassen wird es eng. Solange der Strom vor Ort gleich wieder verbraucht wird, ist alles in Ordnung. Wenn aber nicht, drängt der Solarstrom durch die engen Gassen zu nächsten Einmündung, eine Trafo-Station, und schwappt – Einbahnstraße gegen den Strich – in die nächst-höhere Stromebene. Oder – auch das ist möglich – der Trafo bricht zusammen. Die Folge: Ein Stromausfall.
Die Lösung: Traditionell: Größere Trafos, dickere Kabel. Also Netzausbau. Das kostet Geld. Fahren die Erneuerbaren dagegen vor Ort mit etwas weniger Leistung, und beteiligen sie sich an der Balance, dann wäre das nicht nötig. Nicht in dem Maße jedenfalls. Weniger ist also mehr, sogar auf doppelte Weise: Es macht fossile Kraftwerke überflüssig und eine Netzverstärkung vor Ort auch. Jochen Kreusel, VDE:
"Wir haben bis jetzt einen nahezu unbegrenzten Einspeisevorrang – das werden wir uns auf Dauer so nicht leisten können, wir werden uns schon fragen müssen, ist es mitunter sinnvoller, mal so die letzten Prozent theoretisch möglicher Produktion verfallen zu lassen – das klingt jetzt wenig, aber diese letzten Prozent sind von der Leistung her durchaus relevant – und dadurch zum Beispiel den Infrastrukturausbau zu begrenzen."
Der Lösungsweg ist also klar. Weiter so – geht nicht. Das führt nicht in die Erneuerbare Zukunft. Weniger Watt jetzt bringen mehr zu Pfingsten 2022. Die Erneuerbaren müssen sich dafür also dem Stromnetz anpassen. Das gilt aber auch umgekehrt: Das Stromnetz den Erneuerbaren. Faktisch passiert das schon: Die alte Aufteilung – hier Transport, da Verteilung – funktioniert nicht mehr. Was früher verteilte, sammelt heute Strom ein – und muss ihn weiter reichen. Nur: Niemand hat die Netze auf die neue Aufgabe vorbereitet. Was hier passiert, bleibt Netzingenieuren meist verborgen. Denn weil die ganzen kleinen Straßen und Gässchen bis jetzt Einbahnstraßen für Strom waren, werden sie auch kaum überwacht. Was hier passiert, kann also für den Rest des Stromnetzes ziemlich überraschend kommen – und es ins Taumeln bringen.
Im letzten Teil der Prüfung geht nun um die Praxis. Die Umsetzung des gefundenen Lösung: Aufrüstung tut not. Wenn Sonne und Wind das Stromnetz übernehmen sollen, muss es darauf vorbereitet werden.
Markus Zdrallek: "Da werden wir zu neuen Strukturen kommen, wir werden auch die Art und weise, wie wir bisher Netze geplant haben, im Verteilungsnetz bis in die Haushalte hinein überdenken müssen, weil sich die nämlich orientiert am Verbraucherverhalten. Jetzt auf einmal kehrt sich die Situation um, jetzt ist die Einspeisesituation das Bestimmende für die Netze, und darauf müssen die Netze reagieren in ihrer Struktur, in ihren Betriebsmitteln und auch in der Frage, wie viel Steuerungs- und Kontrollintelligenz brauche ich in diesen Spannungsebenen."
Drei Dinge braucht das Netz, um die Prüfung zu bestehen: eine neue Struktur, neue Betriebsmittel und eine neue Kontrollintelligenz. Die Struktur bereitet den Technikern besondere Sorgen: Solarzellen und Windräder sind Legion. Sie sind über das ganze Land verstreut. Und viele davon sind noch nicht einmal steuerbar. Soll heißen: die Ingenieure könnten sie nur aus- oder einschalten. Aber nicht regeln. Wenn sie die Geräte überhaupt erreichen. Die meisten – alten - sind nämlich taub. Sie können keinen Befehl hören. Weil sie weder per Telefon, noch Powerline oder Funk erreichbar sind – sie haben keinen Empfänger, können nicht kommunizieren. Neue Anlagen – Solar wie Wind – dagegen können hören. Und einige der Alten könnten zumindest nachgerüstet werden.
Soweit zur Struktur? Zur Struktur gehört auch, dass eine Technik für die Kommunikation da sein müsste. Solaranlagen, Windräder und Biomassegeneratoren müssen also auch an Kommunikationsnetz gehängt werden - wahlweise ans Telefon oder an den Datenverkehr, per Stromleitung oder Funk.
Stichwort Betriebsmittel. Bedeutet einmal: Überwachung von Spannung und Frequenz. Entweder am Ortsnetztrafo oder durch die Einspeisegeräte der Erneuerbaren selbst. Bedeutet aber auch: Reaktion auf diese Daten, durch Balancieren und Spannen. Dafür sind die Erneuerbaren im Prinzip recht gut gerüstet. Weder Wind noch Sonne können nämlich ihren Strom direkt ins Netz pumpen. Solarzellen liefern Gleichstrom. Das Stromnetz braucht aber Wechselstrom. Zwischen beiden hängt daher eine Black Box. Ein Wechselrichter. Der zerhackt den Gleichstrom und formt daraus Wechselstrom, kann aber auch die Solarzellen selber ein- oder ausschalten. So genau, dass die Solarzellen wie gewünscht, 98 Prozent ihrer vollen Leistung abgeben –bei Bedarf auch etwas mehr oder weniger. Solange die Sonne scheint. Und solange sie scheint, können die Wechselrichter auch das Stromnetz spannen – indem sie einen Teil der Leistung als Blindleistung ins Netz schicken. Wind kann ähnliches tun. Wie Solarzellen können auch Windräder ihren Strom nicht direkt ins Netz schicken. Sie erzeugen zwar keinen Gleichstrom, sondern Wechselstrom, aber einen unregelmäßigen: Die Rotoren drehen sich abhängig vom Wind. Mal langsamer, mal schneller. Entsprechend schwankt auch die erzeugte Frequenz ihre Stroms. Das Stromnetz will aber immer 50 Hertz haben. Daher richten Windräder ihren Strom um. Eine komplexe Technik: Erst erzeugt ein Gleichrichter Gleichstrom. Und dann ein Wechselrichter wie bei den Solarzellen Wechselstrom.
Seit 2009 müssen Wechselrichter der Windräder in der Lage sein, auf Frequenzschwankungen automatisch zu reagieren – zu balancieren – und Blindleistung zu erzeugen – das Netz zu spannen. Diese jetzt mit einem Empfänger auszurüsten, wäre der nächste Schritt. Und die Kontrollintelligenz? Das könnte man vielleicht als Digitale Leitwarte bezeichnen. Sie ist diejenige, die all diese Daten zusammenführen, auswerten und steuern muss. Nur: Die gibt es noch gar nicht. Denkbar wären zwei Ansätze: Wie bisher ein zentralistischer Aufbau. Alle Informationen gehen an eine Zentrale, dort wird die Entscheidung getroffen und dann gesteuert. Das würde der alten Struktur am besten passen. Könnte aber auch angesichts der Datenflut die alten Wege überfordern. Denkbar wäre auch ein dezentraler Ansatz. Die Daten werden vor Ort gesammelt, automatisch ausgewertet, Entscheidungen getroffen und dann umgesetzt im lokalen Netz. Viele kleine Rechner würden dann die Gassen und Gässchen des Stromnetzes automatisch in Balance halten, zu Pfingsten 2022.
Markus Zdrallek: "Der wesentliche Knackpunkt aus meiner Sicht ist, dass diese Steuerung dann möglichst autark und automatisiert passieren muss. Und das ist etwas, was heute auch in höheren Spannungsebenen nicht der Fall ist. Sondern dort ist es im wesentlichen so, dass das Schaltpersonal in der Netzleitstelle das Netz überwacht und beobachtet und steuernd eingreift. Es geht noch sehr wenig dort automatisch vonstatten, und das ist das, was wir brauchen werden, wenn wir jetzt daran gehen, die Millionen von Ortsnetzstationen, die wir in Deutschland haben, zu automatisieren, die kann man nicht mehr in einer bestimmten Stelle zentral überwachen, sondern das muss dezentral und automatisiert vor Ort passieren."
Denkbar wäre auch, dass diese Automatisierung zurückflutet in die höheren Ebenen. Dann balancierte sich irgendwann sogar das Transportnetz selbst. Das Smart Grid wäre Wirklichkeit. Strom ist also nicht gleich Strom, weniger im Kleinen ist mehr im Großen, wenn die Erneuerbaren die fossilen Kraftwerke ablösen sollen. Und lokal handlen, sprich: balancieren, ist so wichtig wie global denken, sprich: das ganze Netz zu übernehmen. Das sind die Prüfungsthemen.
Ja. Einige Dinge sind nicht vorgekommen heute. Der Ausbau der Stromleitungen von der Küste ins Hinterland zum Beispiel. Ist wichtig, keine Frage, muss kommen. Aber: Über den reden ja alle schon. Und wie die Erneuerbaren sich ins System einfügen, hängt davon nicht ab. Ist nicht prüfungsrelevant. Auch die Speicher kamen nicht vor. Stimmt. Natürlich sind sie auch wichtig. Und ohne sie wird es nicht gehen, sollen die Erneuerbaren das ganze Netz übernehmen. Aber auch von ihnen hängt die Reifeprüfung nicht ab. Sondern, wie gesagt, davon, ob sie sich ins Gesamtsystem einfügen oder nicht, und ob sie dann das ganze Netz allein führen können.
Und die immer wieder diskutierte und auch bereits in Ansätzen erforschte Lastverlagerung spielte keine Rolle für die Prüfung. Lastverlagerung - das ist die Idee, dann Strom zu verbrauchen, wenn viel Sonnen- oder Windstrom ins Netz drängt. Auch das wichtig, auch das hilft sehr, wird nötig sein, wird kommen. Aber auch hier gilt: Es ist ein Hilfsmittel – aber die Reifeprüfung hängt davon nicht ab. Die Reifeprüfung hängt davon ab, dass die Befürworter der Erneuerbaren Energieversorgung (zu der sich auch der Autor zählt) erkennen: Stromversorgung ist eine komplexe Balance. Alle müssen sich daran beteiligen. Und nur dann, wenn Teilaufgaben richtig gelöst sind, sich Solar- und Windstrom an der Balance und am Spannen der Stromnetze beteiligen, bestehen sie die Reifeprüfung, können das Netz allein führen.
Und diese Prüfung steht nicht erst im Jahr 2050 an. Sondern – wenn auch nur für ein paar Stunden – schon Pfingstmontag 2022 - oder 21, oder 23 oder etwas früher oder später – in dem Augenblick, in dem die Erneuerbaren genug Strom für den ganzen Verbrauch liefern können.