Klimablog

Ein Stromnetz für Wind und Sonne – Duke Energy startet Versuchsphase

10.November 2008

Wind und Sonne sind die beiden Zukunftsenergiequellen für umweltgerechten Strom.  Durch ihre schwankende Verfügbarkeit stellen sie für die Stromnetze jedoch ein Problem dar – ein Hauptgrund für die immer noch grosse Skepsis der Stromwirtschaft.

Alle Stromverbraucher können jederzeit viel oder wenig Strom aus der Steckdose holen. Um 12 Uhr können alle ihre Herde einschalten und bei einem Fussballspiel ihre Fernseher. Das ist das so überaus erfolgreiche Grundprinzip der heutigen Stromversorgung.

Die Stromproduktion ist auf höchst komplexe und aufwändige Weise so ausgelegt, dass die resultierenden auch extremen Verbrauchsschwankungen durch entsprechende Produktionsschwankungen ausgeglichen werden. Kurzzeitig sind dazu die sog. “rotierenden Reserven” nötig. Die rotierenden Turbinen und Generatoren von Grosskraftwerken haben viel Rotationsenergie. Diese kann kurzzeitig eine erhöhte Stromproduktion liefern, noch bevor weitere Energie eingespeist werden kann. Soll die Netzstabilität nicht gefährdet werden, müssen diese rotierenden Reserven in Verbrauchernähe liegen. Dauert der Mehrverbrauch länger an, dann kann bei vielen Kraftwerken innerhalb von Minuten die Leistung erhöht werden und im weiteren Verlauf können sog. Spitzenkraftwerke angefahren und zugeschaltet werden. Dieses Gesamtsystem jederzeit stabil zu halten ist einerseits durch eine historisch über lange Zeit gewachsene Struktur (Kraftwerke und Übertragungsleitungen sowie Verbraucher) und andererseits mit einer immer leistungsfähigeren Steuerung und Regelung bedingt. Wie delikat dennoch die Aufgabe ist, zeigen die immer wieder vorgekommenen Blackouts auch grösserer Netzteile.

Kleinere Anteile von Wind- oder Sonnenenergie können durch die grosse Flexibilität der heutigen Netze integriert werden. Bei steigendem Anteil sind dazu aber bereits besondere Massnahmen wie Erhöhung der Reserveleistung nötig. Nicht zuletzt deshalb wird weiter kräftig in fossile Grosskraftwerke investiert, siehe letzten Blog-Beitrag (CO2 Emissionen- “vollkohle” in die falsche Richtung).

Die Schlüsselfrage um aus diesem Teufelskreis – mehr Kohle bei mehr Wind – auszubrechen, lautet deshalb: Wie könnte ein Netz ohne fossile Kraftwerke und ohne Atomkraftwerke, also mit überwiegenden Anteilen von Wind- und Sonnenenergie aussehen?

Einer der grossen amerikanischen Stromversorger – Duke Energy (20 GigaWatt Produktionsleistung) und eine Start-up Firma – GridPoint haben einen gemeinsamen Versuch gestartet. Die Schlüsselelemente für ein stabiles Netz sind Batteriespeicher bei den Verbrauchern und ausgefeilte Steuerungstechnologien (Smart-Grid). Diese ersetzen zumindest teilweise die Stabilisierungs-Rolle der Grosskraftwerke.

Das Bild (GridPoint) zeigt die Konfiguration beim Endverbraucher. Hauptelement ist eine Batterie (links im Bild, es könnte auch die Batterie eines Elektroautos sein). Die Batterie kann durch Solarzellen oder durch einen Windgenerator aufgeladen werden oder auch über das Netz zu Zeiten von geringem Verbrauch. Bei Verbrauchsspitzen kann das Versorgungsunternehmen die gespeicherte Energie von den vielen im Netz verteilten Batterien nutzen. Die Batterien, die modernen Umrichter und Steuerungseinrichtungen ermöglichen dies mit mit hoher Geschwindigkeit, vergleichbar mit den rotierenden Reserven.

Sowohl technisch als auch ökonomisch ist ein solches Zukunftsnetz ein radikaler Umbruch der heutigen Situation. Die Verbraucher spielen eine aktive Rolle, sie haben einen starken Anreiz für Eigenproduktion, sie verkaufen teuren Spitzenstrom und füllen ihre Speicher mit billigem Netzstrom. Die Stromversorger verlieren einen Teil ihres Geschäfts und müssen eine neue Rolle suchen.

Wichtig wäre, dass die Politik Rahmenbedingungen schafft, die Anreize für diesen radikalen Wechsel schaffen. Der Wandel muss nicht nur für die Endverbraucher sondern auch für die Stromversorger wirtschaftlich attraktiv sein. Beide müssen an dieser Zukunft gemeinsam arbeiten.  Sobald dies der Fall ist, werden kräftige Marktimpulse Investitionen in diese Zukunft auslösen. Der Firma GridPoint ist es z.B. gelungen, inmitten der gegenwärtigen Finanzkrise 220 Millionen Dollar Wagniskapital zu aquirieren (Economist).

Autor: Klaus Ragaller

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