Weg von Öl, Kohle, Gas und Atomkraft und hin zu erneuerbaren Energien. Im Jahr 2000 wurde das erste Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) unterzeichnet, das nach und nach immer mehr ausgeweitet wurde. Demnach sollen bis spätestens 2050 mindestens 80 Prozent der Stromversorgung und 60 Prozent der gesamten Energieversorgung aus Erneuerbaren Energien stammen – in erster Linie aus Windkraft und Solarstrom. So, wie das Energienetz momentan funktioniert, kann diese erstrebte Wende allerdings nicht gelingen. Die Stromschwankungen nehmen immer mehr zu und es gibt immer mehr kleine Stromlieferanten, die die ehemals großen ersetzen. Außerdem müssen Netze Strom gleichzeitig in zwei Richtungen transportieren können.
Damit dies in Zukunft auch alle reibungslos laufen kann, hat das Kopernikus-Projekt ENSURE bis 2019 analysiert, wie Stromnetze bis 2050 aufgestellt sein müssen, um alle Anforderzungen zu erfüllen und entwickelt nun Lösungen. Jetzt hat das Projekt die ersten fünf Technologien vorgestellt, die es in den kommenden Jahren digital und auch in der Praxis simulieren wird.
1. Der ENSURE-Adaptivschutz
Bisher messen Schutzgeräte im Netz permanent Ströme und Spannungen und schalten bei Störungen die betroffenen Bereiche automatisch ab, um das Stromnetz zu schützen. Diese Geräte arbeiten jedoch nach immer den gleichen Regeln, nach denen sie ursprünglich programmiert wurden und können auf Veränderungen im Netz nicht reagieren. Der ENSURE-Adaptivschutz vernetzt hingegen mehrere Schutzinstrumente. Hier laufen Datenströme zentral zusammenlaufen und das System berechnet fortlaufend Einstellparameter, die zur aktuellen Netzsituation passen. So lernt das Schutzsystem laufend dazu und kann flexibel auf die Einspeisung erneuerbarer Energien reagieren.
2. Der ENSURE-Solid-State-Transformer
Der Strom in unserem Stromnetz ist Wechselstrom, E-Autos brauchen aber Gleichstrom. Deshalb können Ladestationen für E-Autos bisher nur über mehrere Umwandlungsschritte ans Stromnetz angeschlossen werden. Um das künftig zu ändern, ist im ENSURE-Solid-State-Transformer ein sogenannter Umrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, bereits integriert. Die Folge ist, dass es durch diesen Direktanschluss ans Netz viel weniger Energieverluste vom Netz ins Auto gibt.
3. ENSUREs MVDC-Kurzkupplungs-Simulator
Stromausfälle können bei Störungen in der Regel ganz einfach lokal begrenzt werden, da Mittelspannungsnetze in Teilnetze aufgeteilt sind. Der Nachteil dieser Aufteilung ist allerdings, dass die Netze nicht flexibel sind und keine Energie untereinander austauschen können. Es kann also vorkommen, dass in einem Teilnetz noch Kapazitäten vorhanden sind, im Nachbarnetz aber Windenergieanlagen abgeschaltet werden müssen, weil dieses Netz überlastet ist. Innovative MVDC-Kurzkupplungen von ENSURE sollen einen dauerhaften Austausch von Energiereserven zwischen einzelnen Teilnetzen ermöglichen. Störungen sollen allerdings weiterhin lokal begrenzt sein und nicht auf benachbarte Teilnetze übergehen können.
4. Das ENSURE-Vermaschungskonzept
Das Energienetz ist in Deutschland größtenteils strahlenförmig angelegt, indem zentrale Kraftwerke Energie in alle Teile des Landes liefern. Viel effizienter wäre es aber, wenn die Strahlen dieser Sterne wie Maschen eines Netzes miteinander verbunden werden. So ließe sich die Energie auf unterschiedlichen Wegen an ihr Ziel bringen. Laut Analysen aus ENSURE, könnten intelligente Vermaschungen dazu beitragen, sich den veränderten Anforderungen von Erzeugung und Verbrauch von Energie anzupassen.
5. ENSUREs digitales Umspannwerk
In Umspannwerken im Stromnetz treffen unterschiedliche Netze mit unterschiedlichen Spannungen aufeinander und der Strom wird so gelenkt, dass die Netze stabil funktionieren. Dabei hilft es, möglichst viele Informationen über den tatsächlichen Leistungsfluss innerhalb eines Umspannwerkes zu haben. Hierfür hat ENSURE ein digitales Umspannwerk entwickelt, in dem neue Messgeräte und moderne Kommunikationstechnik digital Daten einzelner Umspannwerkskomponenten erfassen, auswerten und schnell und effizient verarbeiten. Auf Grundlage dieser Daten sollen Stromflüsse besser als bisher und automatisiert gesteuert werden.
ENSURE will diese fünf Technologien bis 2022 erstmalig testen. Danach sollen sie ausgebaut und um weitere Technologien ergänzt werden. ENSURE wird vom Bundesforschungsministerium gefördert.
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