Netzintegration von erneuerbaren Energien und Speichern

×

Der Umbau der elektrischen Energieversorgung muss eine nachhaltige und sichere Versorgung gewährleisten. Dafür sind innovative Lösungsansätze und geeignete Rahmenbedingungen notwendig. Ein Kommentar von Detlef Schulz.

Es findet ein Umbau der elektrischen Energieversorgung zu einer Erzeugung ohne fossile und nukleare Brennstoffe (Dekarbonisierung) statt. Nun besteht die Aufgabe darin, mit wetterabhängig fluktuierenden erneuerbaren Energien eine nachhaltige und sichere Versorgung zu gewährleisten. Dafür sind innovative technische Lösungsansätze und die Schaffung geeigneter politischer und marktregulatorischer Rahmenbedingungen notwendig.

Bedarf an zusätzlichen Energiespeichern ist absehbar

Eine Stromerzeugung aus fluktuierender Energie kann nicht dem Lastverlauf angepasst werden. Dies kann nur zum Teil durch intelligentes Last- und Einspeisemanagement sowie Netzausbau kompensiert werden. Zukünftig werden auch die Elektromobilität und die Erhöhung des Kraft-Wärmekopplungs-Anteils einen wichtigen Beitrag leisten können. Dennoch ist in Situationen wie Starkwind-Schwachlast mit erheblichen Leistungsüberschüssen zu rechnen, die ohne Speicherung oder Verkauf außerhalb der Regelzone zum Abschalten von Windenergieanlagen oder anderen Erzeugungseinheiten führen würden. Aufgrund der starken zeitlichen Korrelation der erneuerbaren Energien ist der Stromexport jedoch nicht in jedem Fall möglich. Somit ergibt sich mittel- bis langfristig ein zusätzlicher Bedarf an Energiespeichern, um die regenerativ erzeugte Energie den Verbrauchern bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen. Genau mit dieser Problematik beschäftigte sich das EU-Projekt stoRE (www.store-project.eu).

Auch bestehende Technologien können genutzt werden

Energiespeicher sind perspektivisch notwendig, aber heute noch meist teuer und teilweise im Entwicklungsstadium. Deshalb steht bei Speichern derzeit die Forschung und Entwicklung im Vordergrund. Jedoch ist aus Kosten- und Zeitgründen auch die innovative Anpassung bestehender Technologien von Bedeutung. Beispielsweise ist das Potenzial für konventionelle Pumpspeicherwerke aufgrund der geologischen Gegebenheiten in großen Teilen Deutschlands nicht vorhanden. Es werden jedoch Konzepte diskutiert, bestehende künstliche Strukturen wie Tagebaue, Bundeswasserstraßen oder offene Bergwerksgruben, z.B. aus dem Kalksteinabbau, zu nutzen. Die Realisierung solcher Konzepte kann im Vergleich zu konventionellen Ansätzen erhebliche technische, organisatorische und finanzielle Vorteile erschließen.

Virtuelle Kraftwerke können eine Lösung sein

In virtuellen Kraftwerken werden verschiedene dezentrale Stromerzeuger und ggf. Speicher und Verbraucher zusammengefasst und als eine Einheit behandelt. Die Betrachtung im Verbund hat den Vorteil, dass sich die volatilen Energien ausgleichen können und so die elektrische Leistung zuverlässiger in Form eines definierten Lastgangs bereitgestellt werden kann. Kombikraftwerke können damit eine Lösung sein, eine große Anzahl erneuerbarer Kraftwerke zuverlässig in das Energiesystem zu integrieren. Das interdisziplinäre Kompetenztandem EnERgioN ("Erneuerbare Energien in der Region Nord") geht daher der Frage nach, wie sich regionaler Strom aus erneuerbaren Energien besser in der Region speichern und verteilen lässt.

Intelligenter Netzausbau kann Kosten sparen

Steigende Leistungen aus erneuerbaren Energien erfordern einen abgestimmten Netzausbau. Fluktuierende Einspeisungen benötigen für eine sichere und bedarfsgerechte Versorgung von Lasten lokale Energiespeicher. Die zukünftige Planung und Auslegung der Stromnetze und die Standortwahl für Energiespeicher erfordert die genaue Analyse des Ist-Zustandes. Zur Abschätzung der Anschlusskapazität von Netzknoten und zur der Bewertung der entstehenden Netzrückwirkungen von Erzeugern und Verbrauchern wird die Netzimpedanz herangezogen. Im dreijährigen Forschungsvorhaben "Netzharmonie" wird derzeit das Frequenzverhalten an unterschiedlichen Netzverknüpfungspunkten auf der Nieder- und Mittelspannungsebene gemessen. Dafür wurde ein neuartiges Messgerät für die Mittelspannungsebene bis 20 kV entwickelt. Zudem wird aktuell ein mobiler Prototyp für die frequenzabhängige Netzimpedanzmessung auf der Hochspannungsebene bis 110 kV entwickelt. Damit soll zukünftig die verfügbare Netzkapazität als Systemgröße zur Dimensionierung von Energiespeichern bewertet werden. Neben der Ermittlung der Netzkapazitäten kann die Netzimpedanz auch zur verbesserten Auslegung von erneuerbaren Energiewandlern mit leistungselektronischer Netzkopplung wie z.B. Windenergie- und Photovoltaikanlagen beitragen. Dabei spielt der Frequenzverlauf der Netzimpedanz bei der Evaluierung und Vermeidung von Netzrückwirkungen eine entscheidende Rolle. Hierdurch wird eine verbesserte Netzintegration ermöglicht.