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Montag, 26.02.2018

Bald zappenduster?

Eine Studie Dresdner Forscher zeigt jetzt: Der Energiehandel wird dem Stromnetz gefährlich.

Von Jana Mundus

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Ein Blick aus dem Fenster im All: Strom zaubert ein Lichtermeer. Doch die Situation im Stromnetz ist prekär.
Ein Blick aus dem Fenster im All: Strom zaubert ein Lichtermeer. Doch die Situation im Stromnetz ist prekär.

© Nasa/ISS

  • Ein Blick aus dem Fenster im All: Strom zaubert ein Lichtermeer. Doch die Situation im Stromnetz ist prekär.
    Ein Blick aus dem Fenster im All: Strom zaubert ein Lichtermeer. Doch die Situation im Stromnetz ist prekär.
  • Blackout durch E-Autos? Eine aktuelle Studie meint ja.
    Blackout durch E-Autos? Eine aktuelle Studie meint ja.

Robbie Williams singt zum Aufstehen. Sein Song dudelt aus dem Radiowecker. Schnell Licht an und ab ins Bad. Erst einmal duschen, Haare waschen – Föhn an. Zwischendurch ein Blick aufs Handy, das sich noch an der Steckdose für den Tag stärkt. In der Küche gluckst die Kaffeemaschine, im Toaster wird das Brot kross. Zügig essen und dann ab ins Büro, ab an den Computer. Das E-Bike ist frisch geladen. Läuft.

Ohne Strom geht es nicht. Unser Alltag, unser Leben ist abhängig von einer sicheren und zuverlässigen Versorgung mit elektrischer Energie. Ob zu Hause, unterwegs oder auf der Arbeit. Immer mehr Geräte brauchen immer mehr Strom. Das ist eine Herausforderung für Stromerzeuger und Netzbetreiber. Dresdner Wissenschaftler aber gehen nun der Frage nach: Wie lange geht das noch gut? Droht eine Überlastung des Stromnetzes? Wird es bald ganz oft einfach zappenduster? Gemeinsam mit Kollegen aus Göttingen, Jülich, London und Tokio gingen Benjamin Schäfer und Marc Timme vom Dresdner Forschungszentrum Cfaed diesen Fragen nach. Dabei erlebten sie Überraschungen.

Das Stromnetz in Deutschland und in ganz Europa funktioniert mit einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Sie wird meist mittels Turbinen erzeugt, zum Beispiel in Wasser- und Kohlekraftwerken. Diese rotieren mit 50 Umdrehungen pro Sekunde. Doch genau diese Netzfrequenz kann absinken. Das geschieht genau dann, wenn dem Stromnetz mehr elektrische Energie entzogen wird. Das passiert unter anderem, wenn ein großes Industriewerk den Betrieb aufnimmt. In diesem Fall wird mehr Energie in das Netz eingespeist, um die vorherige Frequenz wiederherzustellen. Eine zu große und zu lange Abweichung vom eigentlichen Sollwert von 50 Hertz kann schlimme Folgen haben. Gerade empfind-liche Geräte, die am Netz angeschlossen sind, können dabei kaputt gehen.

Aber auch das Gewinnen erneuerbarer Energien wie etwa aus Windkraft oder Photovoltaikanlagen verursacht solche Schwankungen im Netz. Der Wind weht einfach nicht immer mit der gleichen Stärke oder Wolken verhindern eine gleichmäßige Produktion von Energie aus Solaranlagen. Kritiker dieser Art der Stromerzeugung behaupten immer wieder, dass das die Versorgungssicherheit im Stromnetz dramatisch beeinflusst. Inwieweit das stimmt, analysierten die Dresdner mit ihren internationalen Partnern ebenfalls.

Um eine Antwort zu finden, haben die Wissenschaftler zunächst Messungen aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Finnland, Mallorca, Japan und den USA zusammengetragen. Deutschland erzeugt und verbraucht Strom dabei nicht isoliert und für sich allein. Über das europäische Verbundsystem Strom tauscht es Strom mit anderen Ländern aus. Die Analyse des Datenmaterials brachte gleich zwei Überraschungen. Die erste: Alle 15 Minuten kommt es zu besonders starken Schwankungen im europäischen Netz. Der Grund dafür ist der Stromhandel. „In dieser Zeitspanne einigen sich die Erzeuger auf dem Strommarkt in Europa auf eine neue Verteilung für die Produktion“, erkärt Marc Timme. Damit ändert sich auch, wo genau wie viel Strom in das Netz eingespeist wird. „Interessanterweise erscheinen die durch den Stromhandel hervorgerufenen Netzschwankungen bedeutender als die durch Einspeisung erneuerbarer Energien.“

Zweites Ergebnis der Studie: Die Schwankungen des Netzes folgen keinen statistischen Gesetzmäßigkeiten. Stattdessen sind extreme Abweichungen viel wahrscheinlicher als bisher angenommen. Das erhöht den Druck auf Stromerzeuger und Netzbetreiber. Wollen sie in Zukunft im Zuge einer Energiewende verstärkt auf erneuerbare Energien zurückgreifen, muss klar sein, wie groß die zu erwartenden Probleme sind und wann sie auftreten. Die Wissenschaftler haben dafür nun ein mathematisches Modell entworfen, welches genau diese Fragen beantworten soll. Mit dessen Hilfe berechnen sie die erwarteten Schwankungen je nach Netzgröße und schätzen ab, wie sehr die Störungen von erneuerbaren Energien abhängen.

Ein Vergleich mehrerer Regionen zeigt, dass größere Schwankungen in Netzen mit einem größeren Anteil an erneuerbaren Energien auftreten. So ist beispielsweise der Anteil der Wind- und Solarerzeugung in Großbritannien um ein vielfaches höher und auch die Schwankungen der Netzfrequenz sind deutlich größer als beispielsweise in den USA. Damit der Anteil an Solarenergie oder Windkraft künftig aber trotzdem erhöht werden kann, empfehlen die Forscher Investitionen in neue Technik zur besseren Regelung der Stromnetze. Dabei geht es um eine intelligente Anpassung von Stromerzeugung und Stromverbrauch an die Netzfrequenz. Ein Ansatzpunkt: intelligente Stromzähler, die die Elektrogeräte entsprechend der Situation im Netz an- und abschalten.

Es gibt noch ganz andere Ideen. Eine davon plant mit sogenannten Microgrids, also die Aufteilung des großen Stromnetzes in viele kleine Zellen. Damit könnte beispielsweise eine Stadt oder Gemeinde mit einem Blockheizkraftwerk und ihrer eigenen Wind- und Photovoltaik-Erzeugung weitestgehend autonom von anderen Stromquellen existieren. Ein Modell, das versuchsweise auch in einigen Regionen Deutschlands schon ausprobiert wird.

Doch die Realität sieht anders aus, belegt nun die Studie. In der Untersuchung zeigen kleinere Netze, wie etwa in Mallorca oder Großbritannien, stärkere Schwankungen als die größeren. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Aufteilung zu größeren Frequenzschwankungen in diesen kleinen Netzen führt, als es in dem gemeinsamen europäischen Verbundnetz der Fall ist“, sagt Benjamin Schäfer. Technisch seien Microgrids deshalb nur eine Option. Die Forscher wollen sich weiter mit dieser Frage beschäftigen, sammeln derzeit zusätzliche Daten in Irland und Island und bereiten Experimente vor.

Noch eine andere Sache könnte dem Stromnetz gefährlich werden. Wie eine jetzt veröffentlichte Studie der Unternehmensberatung Oliver Wyman behauptet, bedroht die wachsende Zahl von Elektroautos die Versorgung in Deutschland. Ab einer E-Auto-Quote von 30 Prozent könne Elektroenergie fehlen. Deshalb könnte in einigen Gebieten „bereits in fünf bis zehn Jahren regelmäßig der Strom ausfallen – ab 2032 ist damit flächendeckend in Deutschland zu rechnen“, heißt es in der in München veröffentlichten Studie. 2035 werde mehr als jedes dritte Auto auf deutschen Straßen ein E-Auto sein. Für diese Menge an Elektromobilen sei das deutsche Stromnetz nicht ausgelegt. Um Stromausfälle zu vermeiden, müssten die Netzbetreiber bei einer Kfz-Elektrifizierung von 50 Prozent bis zu elf Milliarden Euro in den Ausbau ihrer Netze investieren. Eine Alternative wäre, die Autos möglichst in der Nacht zu laden. Wenn 93 Prozent der Autofahrer das täten, „wird ein Ausbau des Netzes überflüssig, selbst wenn die E-Auto-Quote 100 Prozent beträgt.“

Leser-Kommentare

Insgesamt 5 Kommentare

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  1. Bernd Kruse

    Die Probleme liegen nicht einmal in einer imaginären Zukunft, sie haben schon angefangen: das europäische Stromnetz hat zurzeit extreme Schwierigkeiten mit der Einhaltung einer Abweichung der Netzzeit von max. +/- 20 sec zur Normalzeit. Seit Wochen liegt die Frequenz im Durchschnitt unter 50 Hz, sodass Netzuhren wie z.B. in manchen Einbauherden oder auch in einigen Steuerungen von Rollos oder Heizungen bereits über 4 min nachgehen. Hier kann man sich davon überzeugen: https://www.swissgrid.ch/swissgrid/de/home/experts/topics/frequency.html

  2. Wolf

    Zitate: "Noch eine andere Sache könnte dem Stromnetz gefährlich werden. Wie eine jetzt veröffentlichte Studie der Unternehmensberatung Oliver Wyman behauptet, bedroht die wachsende Zahl von Elektroautos die Versorgung in Deutschland. Ab einer E-Auto-Quote von 30 Prozent könne Elektroenergie fehlen. Deshalb könnte in einigen Gebieten „bereits in fünf bis zehn Jahren regelmäßig der Strom ausfallen – ab 2032 ist damit flächendeckend in Deutschland zu rechnen“. Und: "Damit der Anteil an Solarenergie oder Windkraft künftig aber trotzdem erhöht werden kann, empfehlen die Forscher Investitionen in neue Technik zur besseren Regelung der Stromnetze. ... Ein Ansatzpunkt: intelligente Stromzähler, die die Elektrogeräte entsprechend der Situation im Netz an- und abschalten." Kommentar: Wir werden in Zukunft beim Verbrauch staatlich gegängelt werden. Und - wenn Du merkst, dass Du ein totes Pferd reitest - dann steig ab.

  3. Scharf

    @1 - Danke für Ihren nützlichen Kommentar. Da habe ich direkt wieder etwas gelernt. Ich hatte mich gerade heute morgen gefragt, warum die Zeit im Display unseres Miele-Herdes innerhalb weniger Tage um > 4 min nachgeht. Der Zusammenhang war mir bisher nicht klar.

  4. Titania

    Wahrscheinlich wird es keine E-Auto Quote von 30 % geben. Die Vorhersagen für 2032 (nicht 2031 oder 2033) würde ich nicht so ernst nehmen. Bis dahin passiert noch folgendes: Peak Oil, Zusammenbruch Venezuela, Unbewohnbarkeit Palästinas, Wasserknappheit in Pakistan, Verdopplung Bevölkerung Ägypthen und Nigeria. Ich glaube, unser Stromnetz kriegen wir da schon irgendwie hin.

  5. Herbert Saurugg

    So wie wir die Dinge angehen, wird es wohl bald zappenduster. Wir haben dazu eine ausführlichere Betrachtung erstellt, die hier leider nicht Platz hat: http://www.saurugg.net/2018/blog/stromversorgung/bald-zappenduster

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