KIT-Audio, der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für
Technologie.
Die Energieversorgungsnetze sind die Lebensadern unserer Gesellschaft,
die pulsierenden Arterien unserer Industrie.
Seit ihrer Einführung am Ende des 19.
Jahrhunderts haben sie bei uns in Europa ein hohes Maß an
Zuverlässigkeit erreicht.
Mit der bevorstehenden Energiewende aber werden sie sich von Grund auf
ändern müssen.
Wenn wir möglichst viel Strom aus Sonne oder Windkraft nutzen wollen,
müssen auch die Stromnetze einem grundlegenden Strukturwandel
unterworfen werden.
Strom aus erneuerbaren Energiequellen wird in der Fläche geerntet.
Mächtige Kraftwerkzentralen, in denen der Strom bisher aus fossilen
oder atomaren Energieträgern erzeugt wurde, werden einem breiten und
fein verästelten Netz kleiner und kleinster Energieerzeuger weichen.
Von Windparks draußen auf dem Meer wird die Energie über große
Stromautobahnen möglichst verlustfrei über hunderte Kilometer zu den
Städten und in die Industriegebiete transportiert werden.
Jeder Hausbesitzer mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach wird mal
Stromproduzent und mal Verbraucher sein, je nachdem, ob bei ihm gerade
die Sonne scheint.
Im Sekundentakt muss der Verbrauch an ein stark fluktuierendes
Stromangebot angepasst werden.
Überall werden die unterschiedlichsten Speicher die überschüssige
Energie aufnehmen und in den Nachtstunden oder an trüben und kalten
Tagen wieder abgeben.
Zum ersten Mal werden die bisher strikt getrennten Energiebereiche
Elektrizität, Wärme und Verkehr als ein zusammenhängendes Gesamtsystem
betrachtet.
Die sogenannte Sektorenkopplung wird auch chemische Speichermedien wie
Gas nutzen, um beispielsweise die Energieernte eines Sommers im Winter
verbrauchen zu können.
Das klingt nach Science Fiction, aber das täuscht.
Spätestens bis zur Jahrhundertmitte müssen die neuen Energienetze
Wirklichkeit sein, wollen wir unsere Klimaziele nicht verfehlen.
Wie werden die sogenannten Smart Grids dann aussehen?
Was bedeutet Intelligenz in den Stromnetzen für die Menschen, die sie
nutzen?
Welche Schlüsseltechnologien brauchen wir dafür?
Müssen wir mit einer Zunahme von Blackouts rechnen?
Werden wir alle bald eigene Stromspeicher zu Hause haben?
Wie wird sich die Energiebranche als Ganzes verändern?
Und vor allem, wird die erneuerbare Energie auch bezahlbar bleiben?
Hören Sie neue Netze für die Energiewende, das Copernicus-Projekt
Ensure, ein Podcast von Stefan Fuchs.
Wir müssen ein vernünftiges Verhältnis bekommen zwischen dem, was ist
technisch machbar, was ist wirtschaftlich bezahlbar und was ist
gesellschaftlich akzeptabel.
Diese drei Elemente müssen wir gut zusammen bekommen.
Das ist auch Teil dessen, wo die Bundesregierung sehr daran
interessiert ist, mit solchen Projekten im Sinne von Partizipation
auch offen zu legen, was tun wir da, warum tun wir das und was
bedeutet das für den Einzelnen.
2016 gelang es dem Präsidenten des Karlsruher Instituts für
Technologie, Prof. Holger Hanselka, 23 Partner aus Wissenschaft,
Industrie und Zivilgesellschaft, in einem Konsortium zu vereinen, das
sich einer gewaltigen Herausforderung stellt.
Es müssen die technologischen Grundlagen gelegt werden für Stromnetze,
in denen möglichst viel erneuerbare Energie fließen kann.
Ensure ist eines von vier vom Bundesforschungsministerium auf den Weg
gebrachten sogenannten Copernicus-Projekten.
Nach eigenem Verständnis sind sie gegenwärtig die weltweit größte
Forschungsinitiative zur Umsetzung der Energiewende.
Schon lange geht es dabei nicht mehr um die Entwicklung einzelner
Technologien.
Energieversorgung wird in den Copernicus-Projekten als Zusammenhängen
des Gesamtsystems verstanden.
Damit der systemische Ansatz gelingt, müssen zugleich auch ganz neue
Formen der Zusammenarbeit entwickelt werden, neue Formen der
Arbeitsteilung zwischen Wissenschaft, Industrie und Zivilgesellschaft.
Es macht keinen Sinn, wenn Forscher in ihren Laboren irgendwas
erforschen, was nie oder ganz spät an den Markt kommt.
Es macht auch keinen Sinn, wenn die Industrie auf Basis dessen, was
sie hat, versucht eine neue Welt zu gestalten.
Also wie kriegen wir die Forscher, die Industrie und die Gesellschaft,
die das ja alles hinterher auch haben soll, wie kriegen wir die
gemeinsam in einem Boot?
Das ist ja immer die Schwierigkeit, welches Know-how brauchen sie und
wer kann dies am besten leisten?
Professor Joachim Knebel ist Bereichsleiter Maschinenbau und
Elektrotechnik am KIT und vertritt die Karlsruher
Forschungsuniversität im Direktorium des ENTSCHUR-Projekts.
Ich denke, hier haben wir eine gute Mischung aus Industrieunternehmen,
ABB und Siemens, E.ON, Tenet, Lexans als großer Kabelhersteller oder
Stadtwerke Kiel, aus der Wissenschaft die AWTH Aachen, das Karlsruher
Institut für Technologie, Uni Dortmund, Uni Darmstadt, Fraunhofer
Institute oder eben auch ganz wichtig aus der Zivilgesellschaft, die
Deutsche Umwelthilfe oder German Watch Öko-Institut.
Wir wollen ja hier die gesamte Gesellschaft mitnehmen, wir wollen die
Industrie mitnehmen, wir wollen über die Universitäten die jungen
Leute in den Markt bringen.
Ich denke, es ist uns hier gelungen, ein sehr schlagkräftiges,
homogenes, vertrauensvolles Konsortium zusammenzustellen.
Die Beteiligung von E.ON im Henschur-Projekt ist dabei durch die
Schleswig -Holstein Netz AG gewährleistet.
Die Schleswig-Holstein Netz AG ist einer von vier großen
Verteilnetzbetreibern der E.ON mit der höchsten angeschlossenen
Leistung erneuerbarer Energien in Deutschland.
Erstes Kapitel, wie Schalter, Umrichter und Transformatoren
intelligent werden.
Wir sind hier im Elektrotechnischen Institut, hier unten im Labor.
Dennis Breckle ist seit 2015 wissenschaftlicher Mitarbeiter am
Institut für Elektrotechnik des KIT.
Wir beschäftigen uns hier mit Multilevel-Umrichtern.
Das hier ist ein typischer Umrichterschrank, wie er hier zu
Forschungszwecken aufgebaut wird.
Wir haben oben einmal den Leistungsteil und wir haben im mittleren
Bereich des Schranks ein Signalverarbeitungsteil.
Die Signalverarbeitung, wie der Name schon sagt, misst Strom, misst
Spannung.
Hier findet die Modulation der einzelnen Verfahren statt, um eben mit
dem Leistungsteil kommunizieren zu können und eben die gewünschte
Strom - und Spannungskurvenform einzuprägen.
Man erkennt hier diese einzelnen Zellen, das sind diese Module, die
hier in Reihe geschaltet werden, um eben dann eine möglichst schöne
Spannungs - und Stromkurvenform erzeugen zu können.
Das heißt, das ist dieses Steuerungselement?
Genau, das besteht aus einem digitalen Signalprozessor.
Wir haben verschiedene FPGAs, also Field Programmable Gate Arrays
drin, um eben eine schnelle Kommunikation und Ansteuerung der
Leistungshalbleiter zu ermöglichen.
Für das Gelingen der Energiewende ist es ein Glücksfall, dass die
Digitalisierung seit geraumer Zeit auch bei den Betriebsmitteln in den
Stromnetzen enorme Fortschritte gemacht hat.
Von der Hoch- über die Mittelspannung bis hin zur Niederspannung in
den lokalen Versorgungsnetzen gilt, mit dem Einsatz von digitalen
Steuerungsmodulen, Transformatoren, Umrichtern und Schaltern lässt
sich das zentralistisch angelegte Stromnetz der Vergangenheit umbauen.
Power Electronics, zu Deutsch Leistungselektronik, macht die
Stromnetze der Zukunft sowohl flexibel als auch stabil.
Eine Solarzelle zum Beispiel liefert eine gewisse Gleichspannung.
Unser Energieversorgungsnetz arbeitet mit Wechselspannung 50 Hertz in
Europa.
Das muss umgeformt werden.
Windkraft, da habe ich einen Generator, der dreht sich mit einer
veränderlichen Drehzahl, hängt von der Windgeschwindigkeit ab und das
muss wieder in eine Wechselspannung 50 Hertz umgewandelt werden, mit
der ich dann die Energie einspeisen kann.
Professor Mark Hiller entwickelt leistungselektronische Systeme am
Institut für Elektrotechnik des KIT.
Er ist stellvertretender Sprecher im Forschungskluster 4 des Insure
-Projekts.
In fünf Aufgabenbereichen, Cluster genannt, wird das Projekt
vorangetrieben.
In Cluster 4 werden die neuen Technologien für die künftig dezentral
strukturierten Stromnetze entwickelt.
Leistungselektronik bedeutet die Umformung von Gleich- zu
Wechselspannung oder von Wechselspannung einer Frequenz in eine andere
Frequenz.
Das geht nicht mehr ohne Leistungselektronik, im Gegensatz zu früher,
wo es große Kraftwerke gab, wo dann eben große Synchrongeneratoren,
die von einer Dampfturbine zum Beispiel angetrieben werden, sei es in
einem Kohlegas- oder Kernkraftwerk.
Und das ist der große Unterschied.
Ich habe jetzt nicht mehr große rotierende Massen, wie diese großen
Kraftwerksgeneratoren am Netz hängen, die für eine gewisse Stabilität
sorgen, die auch eine große Massenträgheit haben und dafür sorgen,
dass die Netzfrequenz stabil ist, diese 50 Hertz eben, die wir bei uns
haben, sondern ich habe jetzt viele Leistungselektronische
Stellglieder, die erstmal diese Funktionalität nicht haben.
Möglichst viel Strom aus Sonne- und Windkraft, das bedeutet für die
Versorgungsnetze in Zukunft auch, dass der Gleichstrom eine größere
Rolle spielen wird als bisher.
Sonnenstrom beispielsweise wird als Gleichstrom erzeugt.
In den Smart Grids wird es deshalb mehr Übergänge zwischen Gleich- und
Wechselspannung geben.
Dies kann effizient nur mit entsprechender Leistungselektronik
bewältigt werden.
Hochspannungs-Gleichstromübertragungen, sogenannte HGÜs, können dann
den Strom nahezu verlustfrei von den Windparks vor der Küste in die
urbanen Ballungsgebiete bringen, wo er in AC-Strom in den Wechselstrom
der lokalen Verteilnetze umgewandelt wird.
Und selbst dort bietet DC-Strom, also Gleichspannung, noch Vorteile.
Man überlegt DC-Netze auf Haushaltsebene umzusetzen.
Da verspricht man sich einen Effizienzvorteil, weil viele
Einspeisungen, Batterien, Solarzellen, die sind DC schon, also
Gleichspannung.
Und sehr viele Verbraucher könnten mit Gleichspannung betrieben
werden.
Jeder Computer, jedes Handy werden eigentlich alle mit DC gespeist,
also mit Gleichspannung und nicht mit Wechselspannung.
Große Verbraucher, Herde oder sowas, können ja auch mit DC speisen.
AC wird nur verwendet, weil es da ist.
Aber ich habe immer erst eine Energiewandlungsstufe, die den Wechsel
in Gleichstrom umwandelt.
Und wenn ich das direkt tue, kann ich tatsächlich deutliche
Effizienzsteigerungen erzielen, wenn ich das konsequent umsetze.
Warum also nicht gleich ganz auf Gleichstrom umsteigen und sich von
der Wechselspannung verabschieden?
Professor Hiller warnt davor, das Kind mit dem Bade auszuschütten.
Zum einen würde ein Komplettumbau der bestehenden Wechselstromnetze
astronomische Summen verschlingen.
Zum anderen hat die Wechselspannung auch Vorteile.
Der große Vorteil der Wechselspannung ist ihre leichte
Transformierbarkeit.
Ich habe einen Trafo und kann die Spannungsebene sehr leicht anpassen
mit einer guten galvanischen Trennung.
Eine weitgehende Entkopplung zwischen den Spannungsebenen, was für
eine sehr große Sicherheit eben sorgt.
Einen DC-Strom zu trennen im Fehlerfall ist wesentlich aufwendiger,
weil ein Wechselstrom immer einen Strom-Null-Durchgang hat.
Wenn man sich vorstellt, man hat einen Lichtbogen, der brennt zwischen
zwei Schaltkontakten.
Und wenn der Strom dann zu Null wird, geht der aus.
Dann ist der Strom getrennt.
Bei Gleichstrom ist das nicht so.
Da muss ich mir andere Technologien überlegen, damit ich so ein Netz
sicher betreiben kann.
Wir können das System hochfahren, dass man sieht, wie sieht die
Stromkonform aus, der Spannungsverlauf.
Wir müssen die Schütze schließen, um eben die Kondensatoren, die sich
im System befinden, vorzuladen.
Das Ganze funktioniert ferngesteuert.
Man hört jetzt gleich die Schütze, wie sie zugehen, um eben die
Kondensatoren vorzuladen.
Man hört im Hintergrund jetzt die Lüfter.
Wir haben Leistungselektronik, wir haben Verluste.
Es entsteht Temperatur und eben um unsere Leistungsleitplatte, die da
drin sind, zu beschützen, muss das aktiv weggekühlt werden.
Das ist dieses Surren im Hintergrund, damit da nichts kaputt geht.
Wenn man jetzt hier auf diese Messeinrichtungen guckt, wir haben hier
ein dreiphasiges SINUS-System einer beliebigen Frequenz.
Wir haben uns hier jetzt für 75 Hertz entschieden, einfach um zu
zeigen, dass wir da beliebig sind.
Wir sind nicht festgelegt, wir können das machen, letztendlich wie wir
wollen.
Und die Kurve ist schön symmetrisch?
Die Kurve ist schön symmetrisch.
Das ist diese typische Multilevel-Spannungskurvenform.
Wir haben ein dreiphasiges System.
Dieses System ist um 120 Grad Phasen verschoben, entspricht genau dem
System, was man auch zu Hause erkennt.
Ein Herd würde zum Beispiel genau daran angeschlossen werden, ein
dreiphasiges Spannungssystem.
Das Netz von heute ist eine gigantische Stromautobahn, wo alles mit
allem verbunden ist, auf der der Verkehr aber vorwiegend in eine
Richtung fließt.
Diese Struktur muss man für ein Szenario fit machen, in dem
Verbraucher immer auch Erzeuger werden können.
Die digitalisierten Umrichter und Transformatoren, wie sie am
Elektrotechnischen Institut des KIT im Rahmen von Forschungscluster 4
des Ensure-Projekts entwickelt werden, leisten einen wichtigen Beitrag
zur Flexibilisierung des herkömmlichen Stromnetzes.
Denn eine Vision des Netzes der Zukunft ist ja eine in viele kleine,
weitgehend autarke Einheiten aufgeteilte Struktur.
Fein verästelte Inselnetze, in denen immer wieder Gleichstromstrecken
mit Wechselstromstrecken abwechseln.
Vor allem aber muss der Strom frei in alle Richtungen fließen.
Die sogenannte Lastflussrichtung muss sich umkehren können.
Stabil wird das nur funktionieren, wenn die neuen digitalisierten
Steuerungselemente des Netzes auch miteinander kommunizieren können.
Heute hängt so ein Ortsnetz direkt an seinem Verteilnetzbetreiber, hat
eigentlich überhaupt keine vernünftige Schnittstelle zu ihm.
Das heißt, die Energie wird einfach bezogen, gegebenenfalls auch
zurückgespeist, wenn ich eben zu viel Solarenergie erzeuge in den
Häusern.
Aber es findet da keine wirkliche Steuerung und kein
Informationsaustausch statt.
Wenn ich dazu komme, dass dieses Ortsnetz ein dezentrales, ein
Smartgrid wird, dann werde ich damit eine Entkopplung haben von dem
übergeordneten Netz.
Das kann zum Beispiel ein leistungselektronisches Stellglied, ein
Stromrichter sein.
Der Stromrichter muss dafür sorgen, dass dieses Netz funktioniert,
dass Spannung und Frequenz usw.
passen, sodass ich also auch dafür eine kleine Leitwarte brauche.
Da wird keiner sitzen, der sich das anguckt den ganzen Tag, sondern
das wird hochautomatisiert funktionieren.
Und da müssen eben auch die Komponenten und Algorithmen entwickelt
werden.
Zweites Kapitel.
Wo Energie fließt, fließen künftig auch Daten.
Ein Netz, in dem der Strom mal in die eine, mal in die andere Richtung
fließt, muss stabil gesteuert werden.
Zusätzlich spielt die sogenannte Stromqualität eine Rolle.
Das heißt, es sollte eine möglichst perfekte Sinusform erreicht
werden.
Das ist an sich schon eine hochkomplexe Aufgabe.
Für die intelligenten Netze der Energiewende, wie sie das Ensur
-Projekt entwickelt, ist es aber erst die halbe Miete.
Ohne eine effiziente Speicherung des überschüssigen Stroms an heißen
Sommer - oder windigen Herbsttagen ist ein entschiedener Umstieg auf
erneuerbare Energieträger nicht möglich.
Die Intelligenz der Netze muss deshalb vor Ort entscheiden, wann
welche Batterie geladen oder entladen wird, wann ein
Pumpspeicherkraftwerk den überschüssigen Strom aufnimmt oder aus dem
zu viel erzeugten Ökostrom Methangas wird, das in die öffentlichen
Gasnetze eingespeist werden kann.
Die sogenannte Sektorenkopplung betrachtet die bisher strikt
getrennten Energiebereiche Elektrizität, Wärme und Verkehr als ein
Gesamtsystem.
Damit aber vervielfacht sich zugleich auch der Komplexitätsgrad der
benötigten Algorithmen für die Steuerung.
Das Stichwort ist hier Energieinformatik.
Wir haben ja eine Professur für Energieinformatik, die sich ganz
speziell damit befasst, wie hier Betriebskonzepte erarbeitet und
bewertet werden können, dass wir ein flexibles und sicheres
Versorgungsnetz gewährleisten können.
Dass die Grundlagenforschung zur kybernetischen Steuerung des neuen
integrativen Energiesystems auch die Optionen des wissenschaftlichen
Nachwuchses positiv beeinflussen wird, ist für Professor Joachim
Knebel eine ausgemachte Sache.
Das ist ja auch ein wesentlicher Punkt von Insure, die enge
Kooperation zwischen Hochschulen und der Industrie, sodass die jungen
Leute, die zum Beispiel beim KIT ausgebildet werden, hier ihre
Promotion machen, dann im Anschluss direkt einen interessanten und
zukunftssicheren Arbeitsplatz in der Industrie bekommen.
Wenn wir von Steuerung des Energiesystems sprechen, ist vor allen
Dingen wichtig zu beachten, dass dies möglichst in Echtzeit vollzogen
werden muss, weil ja instantan sehr viele Komponenten im Netz, die
über große Distanzen verteilt sind, um die gleichzeitig erfassen,
steuern, regeln zu können.
Dafür entwickeln wir die entsprechenden Algorithmen, vor allen Dingen
auch Algorithmen, die die Daten sicher transportieren, dass die mit
Protokollen übertragen werden, dass von außen nicht eingegriffen
werden kann, also dass die Übertragung schnell, sicher und zuverlässig
funktioniert.
Die Energieinformatik ist eine sehr junge Disziplin, die im breiten
Feld der angewandten Informatik innerhalb kürzester Zeit eine
atemberaubende Entwicklung durchgemacht hat.
Dabei geht es nicht nur um Protokolle, um Verschlüsselungs- und
Kommunikationstechnologien, mit denen die leistungselektronischen
Komponenten in einer kritischen Infrastruktur wie dem Stromnetz
zuverlässig kommunizieren können.
Auch ganz grundsätzliche Fragen zur zukünftigen Struktur des Netzes
müssen von den Energieinformatikern beantwortet werden.
Werden die Smart Grids beispielsweise so etwas sein wie ein Internet
der Energie?
Die Probleme sind lange nicht alle gelöst, auch deshalb, weil eine
große Frage die Community bewegt, vielleicht auch aus der Idee des
Internets getrieben, zu sagen, naja, brauchen wir überhaupt noch sowas
wie Übertragungsnetze, zentrale, zentralistische Elemente mit
Großkraftwerken?
Oder machen wir das nicht wie im Internet, wo alles dezentral
entschieden werden kann?
Professor Veit Hagenmeier leitet das Institut für Angewandte
Informatik.
Er ist Mitglied des Insur-Direktoriums.
Dezentral heißt dann in kleinen Bilanzräumen, also sogenannten Zellen,
die dann für sich selber das Energiemanagement machen.
Im Übrigen nicht nur Strom, sondern kommen über die Sektorkopplung
auch noch angrenzende Energieträger wie Wärme und Gas, auch Fragen der
Mobilität kommen dann mit ins Spiel.
Also sozusagen ein lokales Energie- und Leistungsmanagement über diese
Zellen, die sich über die in der Fläche verteilte Natur von
Solarzellen und Windkraftwerken, also einfach topologisch ergibt.
Angrenzende Zellen zu haben, die schon sich irgendwie aushelfen und
wir brauchen keine zentralen Einheiten mehr.
Das ist die ganz moderne Denke, die auch mitgetrieben durch die
Energieinformatiker, aber auch durch modern denkende Elektrotechniker
aufkam.
Eine bestechende Idee, die als Internet der Energie diskutiert wird.
Sie hätte zugleich den Charme, dass ein großer Teil der zur Steuerung
notwendigen Daten nur lokal fließen müsste, weil die meisten
Entscheidungen durch Programme vor Ort getätigt werden könnten.
Zugleich hat dieses radikal dezentrale Konzept einer Internet
-ähnlichen Struktur für die Smart Grids bei manchen Bürgern die
Hoffnung aufkeimen lassen, man könne sich endgültig von den
ungeliebten großen Energieversorgern abkoppeln.
Mit der Photovoltaikanlage auf dem Dach und der Heimspeicherbatterie
im Keller träumen viele von einer autarken Stromversorgung vor Ort.
Professor Hagemeyer warnt.
Wir haben gesagt, lasst uns doch davon ausgehen, dass wir jetzt hier
nicht Religionen aufbauen oder Ideologien in ganz dezentral oder ganz
zentral, sondern es wird eine Mischform sein müssen, dass vielleicht
das, was heute Verteilnetz heißt, dann Energie-Erntenetz heißt, immer
gedacht in dann etwas größeren Regionen, Stadt-Umland-Regionen.
Und das, was heute mit Übertragungsnetz betitelt wird, wird zu einer
Art Rückgrat-Stabilisierungsnetz, das eben dann in dem Moment, in dem
die Bilanzen nicht mehr aufgehen, die richtige Menge Energie an die
richtige Stelle bringt, sodass das Gesamtsystem stabil bleibt.
Für energieintensive industrielle Produktionen wie die Glas- oder
Aluminiumherstellung sind autarke Energieinseln vor Ort ohnehin kaum
vorstellbar.
Die dort gebrauchten riesigen Strommengen werden lokal nur im
Ausnahmefall nachhaltig erzeugt werden können.
Aber die Frage zentrale oder dezentrale Steuerung, die sogenannte
Netztopologie, ist nur eines der vielen Probleme, mit denen sich die
Energieinformatiker herumschlagen müssen.
Wenn schon eine kleine Wolke am Himmel die Energieerzeugung drosseln
kann, braucht man in den Netzen der Zukunft auch ein perfektes
Vorhersagemanagement.
Zunächst mal brauchen sie die Informationen sicher am richtigen Ort.
Und zwar ist es nicht nur die aktuelle Information in der Sekunde, in
der es dann sozusagen um Stabilität oder Nichtstabilität geht, sondern
schon im Vorfeld das Wettervorhersagegeschehen, dann auch ein
Energieproduktionsgeschehen sozusagen, entsprechende Lastprognosen.
Wenn sie daran denken, dass manch ein Haushalt nicht mehr nur ein
Verbraucher ist, wie es bisher war, sondern weil er sich selbst
Photovoltaik aufs Dach setzt und die Batterien in den Keller stellt
oder ein Elektroautor noch dabei hat, zum sogenannten Prosium wird,
dann ist die Vorhersage, die bisher, auch die Vorhersage der Methoden,
die bisher eingestellt wurden, nicht mehr ausreicht.
Damit der Anteil des Stroms aus Sonne und Wind in den Netzen der
Zukunft möglichst hoch sein kann, muss man mit sehr kleinen
Sicherheitsreserven operieren können.
Das sind in der Regel zentrale Kraftwerke, die für das Abfedern von
Verbrauchsspitzen und unzureichender Stromerzeugung aus erneuerbaren
Quellen im Stand-by-Modus gehalten werden.
Das geht nur mit einer absolut zuverlässigen, vorausschauenden
Planung.
Sobald Sie die Vorhersagen haben, brauchen Sie eine Jahresplanung,
eine Monatsplanung, eine Wochenplanung, eine Tagesplanung, eine Inter
-Day -Planung.
Denn nur aufgrund einer sehr guten Vorhersage plus Planung können Sie
überhaupt in dem Zustand das Netz nachher operieren, dass die
Regelungstechnik noch anschlagen kann.
Wenn Sie sich völlig verschätzen, dann kann auch die beste
Regelungstechnik deshalb nichts mehr helfen, weil Sie gar keine
Stellenergie haben.
Das ist eine sehr komplexe Aufgabe.
Und sie wird noch komplexer.
Nach den bisherigen Erfahrungen mit dem Erneuerbare-Energie-Gesetz
weiß man, nur wenn Marktmechanismen greifen, kann verhindert werden,
dass die Stromkosten in astronomische Höhen steigen.
Die Netze der Zukunft müssen deshalb auch Platz für eine rasch
reagierende Strombörse bieten, auf der viele unterschiedliche Anbieter
agieren können.
Wenn Sie dezentrale, lokale Märkte aufbauen mit unterschiedlichen
Tarifierungssystemen, vielleicht sogar zeitaktuellen Tarifen, je nach
Angebot.
Das KIT forscht auch daran im Rahmen von Intum.
Dann sind diese Marktinformationen auch noch gleichzeitig wichtig.
Dann sofort die Frage nach Verschiebepotenzial in andere
Energieträger.
Der Komplexitätsbaum macht sich sehr schnell sehr weit auf.
Und da werden wir die Aufgabe haben, diese Komplexität in solche
Pakete so zu verpacken, dass es dann nachher einen stabilen Betrieb
gibt.
Aus den Experimenten der Elementarteilchenphysik, bei denen riesige
Datenmengen entstehen, stammen die sogenannten Big Data
-Analyseprogramme.
Sie werden jetzt auch in den Versorgungsnetzen der Zukunft gebraucht,
beispielsweise um aus Daten der Vergangenheit zuverlässige Prognosen
für die Zukunft zu generieren.
Viel, was unter Artificial Intelligence läuft, ob man das immer
Intelligenz nennen muss, weiß ich nicht.
Aber natürlich werden diese Methoden, die dann heute zum Beispiel
unter Deep Learning oder so auch laufen, in dem Rahmen relevant, um
große Datenmengen in vernünftige, dienliche Modellierungen zu bringen.
Das können neuronale Netze sein, das können aber auch andere Methoden
sein.
Und manchmal ist es sogar die ganz einfache Methode von vorgestern,
die Ihnen ein schönes, robustes Ergebnis liefert, mit dem Sie dann
auch zu Rande kommen.
Drittes Kapitel.
Numerische Simulation schafft Vertrauen.
Wenn Sie neue Technologie entwickeln, wollen Sie das natürlich im
echten Netz ausprobieren.
Prof. Matthias Nohe leitet das Institut für Technische Physik.
Im Rahmen von Ensure ist er an der Entwicklung von Testverfahren für
die neue Hardware in den intelligenten Stromnetzen beteiligt.
Wir haben 2003 den weltweit ersten resistiven, supraleitenden
Strombegrenzer ins Netz der RWE gebracht und entwickelt.
Und wir haben den natürlich im Leistungslabor getestet, sonst wäre der
da nicht reingekommen.
Und diese ganze Prozedur mit testen, qualifizieren und dann erst
sehen, wie sich es verhält im Netz, das hat also vier Jahre
Entwicklungszeit gekostet.
Hätte ich damals schon Power Hardware in the Loop zur Verfügung
gehabt, da hätte ich nach gut einem Jahr spätestens sagen können, wie
sich das im Netz verhalten wird.
Im Versuchslabor des Instituts für Technische Physik auf dem Campus
Nord des KIT begegnet uns die Leistungselektronik in einer neuen
Anwendung wieder.
Bis eine neue Hardware für eine kritische Infrastruktur wie die
Stromversorgung zugelassen wird, war es bisher ein langer Weg mit sehr
vielen, auch rechtlichen Hürden.
Kein Stromversorger riskiert leichtfertig, dass die Versorgung durch
nicht ausreichend getestete Betriebsgeräte zusammenbricht.
Aus gutem Grunde gibt sich die Strombranche äußerst konservativ.
Mit einer als Power Hardware in the Loop bekannt gewordenen
Testumgebung lassen sich jetzt Innovationen sehr viel schneller ins
Stromnetz bringen.
Der eigentliche Kern des Power Hardware in the Loop ist diese schnelle
Leistungselektronik.
Das sind zwei 30 kVa Verstärkereinheiten, die dann über eine
Echtzeitansteuerung schnell geregelt werden.
Diese dienen als Quelle, wo dann Strom und Spannung dem Device an der
Test zur Verfügung steht.
So, jetzt muss ich das schnell in eine Simulationsumgebung einbinden.
Das sehen wir hier.
Erstmal nur in der Form der Bildschirme und der dazugehörigen Rechner,
wo die Echtzeitsimulationssoftware läuft.
Die entscheidende Verbindung ist allerdings hier in diesem Schrank mit
der Verknüpfung der Signale und der Ein- und Ausgänge.
Einmal der Verknüpfung der Signale von der Simulation zur
Leistungselektronik und von der Leistungselektronik Hardware zurück
zur Simulation.
Und die Verknüpfung von Simulation auf der einen Seite, schneller
Verknüpfung hier und der Leistungselektronik ermöglicht dann den Power
Hardware in the Loop.
Die praktisch grenzenlose Flexibilität der Leistungselektronik und
ihre Reaktionsgeschwindigkeit im Mikrosekundenbereich werden am
Institut für Technische Physik genutzt, um die Netzumgebung für neu
entwickelte Betriebselemente zu simulieren.
Mit Power Hardware in the Loop kann reale Hardware vom Schalter bis
zum Umrichter in einem perfekt simulierten Versorgungsnetz einer
ganzen Reihe von Stresstests unterzogen werden.
Jetzt sehe ich hier ein Panel.
Das ist also ein Beispiel für ein Gerät, was hier in diesem Prüffeld
getestet werden kann?
Ja, ein Photovoltaik-Panel.
Und wenn wir jetzt die normale Beleuchtung da drauf scheinen lassen,
sehen wir auch schon, wie Strom erzeugt wird.
Wir können dann eine virtuelle Wolke aus Pappe davor halten und sehen,
wie sich das auswirkt.
Wir können aus einem Photovoltaik-Modul hochskalieren auf große
Photovoltaik -Parks dadurch.
Was sind denn die wichtigsten Fragestellungen, die dann in so einem
Test gemischt aus numerischer Simulation und echter Hardware gestellt
werden?
Also die erste Fragestellung bei Technologieentwicklung funktioniert
es, wie es vorhergesehen ist.
Das können wir hier eins zu eins untersuchen.
Die zweite Fragestellung, wie regle ich denn das Netz, dass es stabil
und sicher bleibt?
Da kann ich entsprechende Regelungsalgorithmen entwickeln, die das
Netz bei welchen Vorgängen auch immer stabil halten.
Seit 2014 ist auf dem Campus Nord des KIT das Energy Lab 2.0 im
Aufbau.
Hier wird die Sektorenkopplung erforscht, also die Integration
unterschiedlicher Energieträger und Speichermedien.
Zum Energy Lab 2.0 gehören der KIT Photovoltaik-Park mit einer
Leistung bis zu einem Megawatt, die KIT Biolig-Pilotanlage, die aus
Stroh Treibstoff erzeugt, ein entsprechend dimensionierter Lithium
-Ionen -Batteriespeicher, zwei Anlagen, mit denen unverbrauchter
Strom, CO2 und Wasserstoff in Methangas oder wahlweise in
synthetischen Treibstoff verwandeln kann und schließlich drei
Mikrogasturbinen, in denen das Methan bei Bedarf wieder zu Strom wird.
Ein auf Megawattmaßstab erweitertes Power-Hardware-in-the-Loop-Labor
wird dort im Rahmen des Insure-Projekts ebenfalls seinen Platz finden.
Unser Schwerpunkt ist, dass wir die Kopplung der verschiedenen
Energieträger untersuchen möchten, die sogenannte Sektorenkopplung.
Wir haben hier sehr gute Voraussetzungen, weil wir natürlich mit dem
Energy Lab verschiedene Komponenten hier schon vor Ort haben, genau in
diesem Megawattmaßstab, wie wir auch das Power-Hardware-in-the-Loop
-Labor hier aufbauen möchten.
Das heißt, wir können eine Vielzahl von verschiedenen Kombinationen
von Technologien miteinander verknüpfen und bei der Sektorenkopplung
kommen unterschiedliche Zeitskalen, unterschiedliche Energieträger zum
Tragen und normalerweise unterhalten die sich bisher nicht, wie steht
der Strom für den Elektrolyseur zur Verfügung, in welcher Qualität
oder umgekehrt, was kommt daraus und wie kann ich das zurückspeisen
ins Stromnetz.
Dieses Netz hier, das ist ja wie so ein altes Telefonpanel, wo man
Steckverbindungen machen kann.
Das heißt, das ist eine Möglichkeit, Netzstrukturen diesem
Prüfungsprozess zu unterziehen.
Ja, da haben wir hier schon mal so ein Netz nachgebildet, in einer
kleinen Version, ein Mikronetz quasi.
Anstatt 380 kV haben wir 380 Volt.
Das ist also eine Nachbildung eines Energieversorgungsnetzes aus
verschiedenen Komponenten.
Sie sehen da Transformatorenachbildungen, Sie sehen da
Leitungsnachbildungen, Sie sehen Messgeräte dazu, Sie sehen auch mal
spezielle Schalter.
Das ist jetzt tatsächlich so eine Art Netzaufbau, wie man es wirklich
hat.
Und unser Ansatz ist, gelingt es mit den Mikrogrids nachzuweisen, wie
sich große Netze verhalten.
Gucken Sie mal hier die Wand an, die hätte genug Platz, das ganze
deutsche Netz im Minimaßstab nachzubilden.
Und das wäre doch schön, wenn man sagen könnte, das würde hier
funktionieren und wir könnten die wesentlichen Vorgänge, wie sie da
stattfinden, hier visualisierbar machen und begreifbar und messbar und
anschaulich machen.
Das ist eine Möglichkeit, auf die wir abzielen.
Das dauert allerdings noch ein bisschen.
Viertes Kapitel.
Fließt der Strom unter der Erde, wird der Widerstand kleiner.
Auch die sogenannte Hochtemperatursupraleitung wird in den Netzen der
Zukunft eine Rolle spielen.
Bestimmte Kristalle setzen schon bei relativ hohen Temperaturen um die
20 Kelvin, das entspricht minus 253 Grad Celsius, dem Stromfluss
praktisch keinen Widerstand entgegen.
Für Professor Noe ist die mit flüssigem Stickstoff gekühlte
Supraleitung ideal für bestimmte kurze Abschnitte in den
Stromautobahnen, die die Windenergie von der Küste in die
Ballungsräume des Südens transportieren.
Auch wegen des Widerstands lokaler Bürgergruppen werden diese nicht
überall als Freileitungen gezogen werden können.
Unsere Aufgabe ist nun zu untersuchen, wie man mit einem
Supraleitenden Kabel eine solche Teil-Erdverkabelung durchführen kann
und die technisch und wirtschaftlich zu bewerten gegenüber den
bestehenden Technologien wie konventionelle Kabel, die zum Beispiel
eine Trassenbreite haben von über 65 Metern auf 2 Meter Tiefe ungefähr
aufgegraben, um ein 4 x 380 kV Freileitungssystem unter die Erde zu
bringen.
Das ist ungefähr eine gute mehrspurige Autobahn, die Sie dort
benötigen.
In einem Supraleitenden Kabel würden Sie eine Feldwegbreite benötigen
und könnten auf dieser Feldwegbreite die 4 Systeme 380 kV unterbringen
mit derselben Leistung, wie sie die Freileitungen hat.
Fünftes Kapitel.
Wie beweist man, dass alles wirklich funktioniert?
Wir sehen die Beteiligung in Ensure als große Chance, neue
Technologien, die im wissenschaftlichen Bereich in den Universitäten
entwickelt werden, in Zusammenarbeit mit diesen universitären Partnern
und eben auch in Verbindung mit den anderen Industriepartnern,
insbesondere hier den Netzbetreibern Eon und Tenet marktreif zu
machen.
Und im Ensure sehen wir die Chance, dass jetzt eine Demonstration
möglich ist, die über das regionale Maß, was in anderen Projekten
passiert, möglich ist.
Mit mehreren Partnern, insbesondere auch Partnern, die üblicherweise
im Wettbewerb stehen.
Der Physiker Dr. Silvio Cosse ist Mitglied des Ensure Direktoriums.
Beim Projektpartner Siemens Corporate Technology leitet er am Standort
Erlangen eine Arbeitsgruppe im Technologiefeld Energiesysteme.
Die Bewältigung der Probleme beim Umbau der bestehenden Energienetze
bei laufendem Betrieb sind aus seiner Sicht entscheidend für den
Erfolg des Forschungsprojekts.
Schließlich kann man das bestehende Netz ja nicht einfach abschalten.
Der Umbau wird also gleitend vonstatten gehen müssen.
Wir brauchen weiterhin mechanische zuverlässige Schalter als
Schutzeinrichtung.
Das, was in der Vergangenheit, was heute aktuell überall verbaut wird,
wird es weiterhin geben.
Es wird aber aus unserer Sicht der Anteil an Leistungselektronik im
Netz sich erhöhen.
Und das Wechselspiel zwischen den leistungselektronischen
Betriebsmitteln und den eher konventionellen Betriebsmitteln, das ist
auch Gegenstand des Copernicus-Projektes.
Die Untersuchung, wie müssen sie interagieren, welche
Schnittstellenprotokolle müssen entwickelt oder können genutzt werden
und welche Anforderungen ergeben sich daraus für aktuelle
Betriebsmittel bzw.
für die Weiterentwicklung dieser Betriebsmittel.
Am Ende der zehnjährigen Laufzeit des Insure-Projekts wird die
universitäre Grundlagenforschung durch die Industriepartner im
Konsortium in die Wirklichkeit umgesetzt werden.
Ein Demonstrator wird zeigen, dass die entwickelten Netz- und
Steuerungskonzepte sowie die entsprechende Hardware auch in der
Realität genau das können, was man sich vorgenommen hat, eine
nachhaltige, sichere und dennoch bezahlbare Energieversorgung.
Da es bereits lokale und regionale Pilotprojekte zur intelligenten
Stromversorgung gibt, wird der Insure-Demonstrator nach Überzeugung
von Silvio Kosse einen entscheidenden Schritt darüber hinausgehen
müssen.
Wir brauchen nichts in dieser Copernicus-Initiative demonstrieren, was
in der Vergangenheit schon demonstriert wurde.
Also es muss über die Region hinausgehen.
Die Frage, ob es nicht gleich eine Großstadt sein wird, die würde ich
im Moment noch nicht verneinen.
Das hängt davon ab, welche Großstadt man in die Gespräche einbeziehen
kann, welche Argumente haben wir, die zu überzeugen, dort mitzumachen,
weil es auch ein Risiko birgt, dass in der Demonstration nicht alles
perfekt läuft.
Das ist so, deswegen macht man eine Demonstration.
Wir versuchen natürlich im Vorfeld in der Labordemonstration, dieses
soweit, wie es nur geht, auszuschließen bzw.
diese Fälle kennenzulernen und dann entsprechend zu reagieren.
Aber ich würde es im Moment nicht ausschließen, dass man auch eine
größere Region, und zwar deutlich größer, als das in den vergangenen
Projekten oder in den laufenden Projekten gerade erfolgt, andenkt.
Möglicherweise wird der Ensur-Demonstrator die Ergebnisse der anderen
Copernicus -Projekte einbeziehen.
Das gilt vor allem für das Power-to-X-Projekt, das an der Integration
der Energieträger Gas, chemische Grundstoffe und synthetische
Kraftstoffe in das Stromversorgungssystem arbeitet.
Das Synergy-Projekt dagegen beschäftigt sich mit der Frage, wie
energieintensive industrielle Produktion mit der stark fluktuierenden
Energieerzeugung aus Sonne und Wind in Einklang gebracht werden kann.
Bei allen Überlegungen aber steht die Stabilität des Gesamtnetzes im
Vordergrund.
Nach den bisherigen Erkenntnissen sollte sie von einem in der Fläche
feinmaschiger vernetzten System profitieren.
Jetzt haben wir ja eher Strangnetze oder Ringnetze, die offen sind.
Manchmal geschlossen wären, wenn man jetzt die Netzabschnitte stärker
vermaschen würde, sprich also verbinden würde, dann hätte man im
Idealfall ja sowas wie eine Kupferplatte.
Und auf einer Kupferplatte ist es so, dass nahezu keine
Spannungsabfälle zu verzeichnen sind, weil der Widerstand dieses
Systems so gering ist, dass kein Spannungsabfall zu bezeichnen ist.
Das ist das, was in Kopernikus & Schuhe auch adressiert ist, dass man
möglicherweise lokale Bereiche in den Inselbetrieb fährt.
Das heißt, sie entkoppeln sich vom übergeordneten Netz, sind damit
autark für eine gewisse Zeit und sind aber so sicher, dass eben ein
übergeordneter Fehler sich dort nicht auswirkt.
Dann muss man aber auch wieder dazusehen, dass die sich
synchronisieren können mit dem übergeordneten Netz und dass die
Einstellungen alle passen bzw.
wir nicht durch Zuschalten eines großen Netzbereiches das System
wieder instabiler machen.
Sechstes und letztes Kapitel.
Welches Stromnetz wollen wir und wie viel darf es kosten?
Das ist eine sehr wichtige gesellschaftliche Komponente im Sinne von
Demokratie und da wird unter Umständen durchaus auch technische
Ineffizienten in Kauf genommen.
Dort wollen wir zusammen mit den Kollegen, beispielsweise Öko-Institut
oder EWI aus Köln, wollen wir Storylines entwickeln, die den
Entwicklern eine gewisse Rahmung geben sollen.
Je nachdem, wie sich das Energiesystem zukünftig entwickelt, kann es
heißen, dass bestimmte Technologien bevorzugt beforscht werden müssen,
während andere Technologien unter den Rahmenbedingungen, die wir
erwarten, eben nicht zielführend sein können.
Welches Energiesystem will die Gesellschaft in ihrer Mehrheit
eigentlich?
Das ist die Leitfrage des gesamten Ensur-Projekts.
Die Politik hat aus vielen negativen Erfahrungen in der Vergangenheit
gelernt.
Zur erfolgreichen Einführung neuer Technologien braucht man vor allem
eines, eine breite gesellschaftliche Akzeptanz.
Deshalb diskutieren in Ensur Vertreter der Zivilgesellschaft mit dem
Bundesverband der Industrie, mit Vertretern der Energiebranche und
sogar mit dem Bauernverband.
Wir brauchen Interessensvertreter in unserer Diskussion, die sagen,
wenn ihr zu viel Kabel durchs Land legt, haben wir keine Möglichkeiten
mehr unsere Landwirtschaft zu betreiben, zum Beispiel.
Wir haben die Gewerkschaften im Boot, um nicht nur eben die Industrie
oder die Vertreter der Stromhersteller zu berücksichtigen, sondern
auch mal aus der Perspektive eines Arbeitnehmers.
Stichwort gerechter Lohn, Stichwort ausreichender Lohn.
Wir haben aber auch eine ethische Dimension, die soll die Energiewende
aus dem Blickwinkel einer Organisation betrachten, die ganz weit weg
ist von Gewinnmaximierung, ganz weit weg ist von irgendwelchen
technischen Randbedingungen, sondern die eigentlich ein bisschen den
Blickwinkel der Gesellschaft, aber eben der Werte mit berücksichtigt.
Die Entwicklung von Best-Practice-Beispielen für eine echte
Partizipation der Bürger bei konkreten Netzausbauprojekten vor Ort ist
eine Aufgabe, der sich das Institut für Technikfolgenabschätzung
ebenfalls stellt.
Eine möglichst frühzeitige Information der Betroffenen beim Bau einer
Stromtrasse oder eines Windparks ist sicher ein erster Schritt, um
eine möglichst breite Akzeptanz herzustellen.
In der Praxis ist das aber nicht ganz so einfach.
Häufig ist der Planungsprozess in den Unternehmen oder im Stadtrat
noch gar nicht abgeschlossen und da Informationen zur Verfügung zu
stellen, wird häufig vorgeschlagen.
Ich habe aber auch schon häufig erlebt, dass das sehr, sehr stark zum
Nachteil des ganzen Prozesses entscheidend ist, weil sich dann die
Leute auf einer sehr dünnen Planungsbasis ihre Meinungen bilden und
gar nicht mal dann abkommen und sehen, okay, da wurde was geändert,
aber sie steigern sich dann in was rein und merken gar nicht, dass
dies erstmal wirklich ein Planprozess ist.
Die Rolle der sogenannten Experten und ihr Selbstverständnis bei den
Bürgerbefragungen sind für Dr. Pogan jetzt entscheidend für den Erfolg
eines partizipativen Prozesses, der mehr sein will als nur ein
Feigenblatt.
Für mich gibt es zwei Arten von Experten.
Der eine Typ von Experten ist, der technisch-ökonomisch an die Sache
rangeht, der die technische Effizienz, die ökonomische Effizienz, die
Vorteile einer Anlage aus diesem Blickwinkel berechnet.
Dann gibt es für mich einen ganz anderen Typ von Experten, der ist
der, der sich mit den gesellschaftlichen Prozessen, insbesondere aber
auch mit der Mediation auseinandersetzt, der sich vor der Mediation
genau überlegt, was ist das für ein Typ von Menschen, die dort lebt.
In Bayern werden sie anders an Menschen rangehen müssen als in
Nordfriesland.
Ich erachte beide Experten als extrem wichtig, aber diese Experten
sollten nicht in die Rolle verfallen, alles zu wissen, weil
typischerweise gerade in solchen Bürgergruppen sich selber Experten
gebildet haben.
Das sind dann quasi die internen Experten, die nicht unbedingt
Publikationen machen, die nicht unbedingt ihre tausend Reden pro Jahr
schwingen, sondern die einfach sich ganz konkret mit der Situation vor
Ort auseinandergesetzt haben.
Und die sind häufig auf einem höchstgradig guten Niveau Experten.
In der Summe setzt das einen vielschichtigen und schwierig zu
organisierenden Rückkopplungsprozess zwischen technischer, sozialer
und wirtschaftlicher Vernunft voraus.
Da ist unsere Aufgabe mit den Kollegen am Ende mit Hilfe von
Deskriptoren, die wir auch zurzeit entwickeln, drei bis vier mögliche
Zukunftenergiesysteme in der Zukunft zu kanalisieren und die dann
umzusetzen.
Was bedeutet das zum Beispiel, wenn wir ein sehr dezentrales
Energiesystem haben, kaum mehr große Kraftanlagen, also auch keine
großen Windkraftanlagen, sondern wir eigentlich den Strom vor Ort
haben.
Das bedeutet, dass Höchstspannungsleitungen an Relevanz verlieren,
dafür aber die Verteilnetze an Relevanz wieder sehr stark gewinnen.
Und dann stellt sich die Frage, was bedeutet das?
Müssen wir möglicherweise mehr Kabel verlegen, weil die aktuellen
Kapazitäten werden vielleicht nicht ausreichen?
Möglicherweise brauchen wir auch bessere Regelungstechnik.
Je nachdem, was für ein System wir haben, kann das Auswirkungen haben
auf die Ausgestaltung der Beziehungen zwischen den Stromnachfragern
und den Stromanbietern.
Dr. Witold Roger Poganiec beklagt, dass diese Diskussionen in unserer
in vielfacher Hinsicht polarisierten Gesellschaft nicht selten zu
ideologischen Grabenkämpfen führen.
Das zielt nicht nur auf die Ingenieure, das zielt nicht nur auf die
Vertreter der Energiewende, also zum Beispiel German Watch oder
Greenpeace und so weiter, sondern es zielt auf jeden, weil jeder hat
die Neigung, sein Ziel zu verabsolutieren.
Und diese Verabsolutierung führt zu einer Schärfe, die der Diskussion
meines Erachtens nicht hilft.
Ich kann sie verstehen, wenn ich von etwas überzeugt bin, versuche ich
es mit Macht durchzusetzen.
Aber ich glaube, die ist in vielen Diskussionen kontraproduktiv, weil
sie auch ein Front-Feind-Verhältnis implizit zum Tragen bringt, aber
wir gleichzeitig dennoch in einem Boot leben müssen.
Ein unverzichtbarer Faktor für die gesellschaftliche Akzeptanz ist die
Bezahlbarkeit des nachhaltigen Stroms, der spätestens 2050 durch die
intelligenten Stromnetze fließen wird.
Dabei spielen sehr viele Faktoren eine Rolle, nicht zuletzt die
Einbindung marktwirtschaftlicher Elemente, die bis zur Novellierung
des Erneuerbare-Energien-Gesetzes fehlte.
Wie wird sich der Markteintritt lokaler Bürger-Erzeuger-Gesellschaften
auf den Strompreis auswirken?
Wie eine größere energetische Autarkie der kleinen Photovoltaik
-Besitzer?
Wird der Anschluss an das Versorgungsnetz künftig teurer werden, bei
insgesamt sinkenden Strompreisen?
Die Kosten für die eigentliche Energieerzeugung aus Wind und Sonne
jedenfalls sind inzwischen so niedrig, wie man sich das vor fünf
Jahren noch nicht vorstellen konnte.
Bleibt die Frage, welche Kosten durch Speicherung und Steuerung
zusätzlich entstehen werden.
Die Stromgestehungskosten für Erneuerbare sinken.
Sie werden nicht zu null sinken, weil einen gewissen Kostensatz hat
man immer.
Und dann wird man sehen, dass man Technologien entwickelt oder
ertüchtigt, die nicht teurer sind, um die Energieübertragung und
Verteilung zu ermöglichen.
Ich glaube, die Option, dass Strom nicht bezahlbar ist, haben wir
nicht.
Silvio Kosse vom Projektpartner Siemens Corporate Technology ist
überzeugt, dass das Ziel der Bezahlbarkeit des nachhaltig gewonnenen
Stroms erreicht werden kann.
Die absehbare industrielle Massenfertigung der Leistungselektronik
wird sich nach seiner Einschätzung positiv auswirken.
Für Professor Veit Hagemeyer bietet auch der rapide Preisverfall bei
den Batteriespeichern Anlass zu Optimismus.
Die Kosten der Speicherung des Stroms in Speichermedien wie Gas mit
den unvermeidlichen Effizienzverlusten dagegen sind nach seiner
Auffassung gegenwärtig noch kaum einzuschätzen.
Dabei sind gerade die chemischen Speichermedien für eine mittel- und
langfristige Speicherung unverzichtbar.
Die Bezahlbarkeit des Gesamtsystems ist für mich eine offene Frage.
Ich weiß, es gibt Studien, die sagen, wenn man mal im neuen System
ist, dann sind wir wieder bei Preisen, die mit den heutigen
vergleichbar sind.
Aber der Weg dahin wird uns sicherlich noch Kopfzerbrechen bereiten.
Vor allem aber bedeutet das Ernten des Stroms in der Fläche durch
Photovoltaikanlagen oder Windparks eine wirtschaftliche Aufwertung von
Grundbesitz, über die im Zusammenhang der Energiewende bisher nur
selten eine öffentliche Diskussion geführt werde.
Über das Erneuerbare-Energien-Gesetz und die entsprechenden Umlagen,
die bei jedem im Haushalt ankommen, das heißt auch beim Hartz-IV
-Empfänger genauso wie beim berühmten Zahnarzt, machen wir eine
Umverteilung von Arm nach Reich, weil die erhöhten Kosten, die der
Hartz -IV-Empfänger sieht, mit einer garantierten Einspeisevergütung
im Grunde genommen politisch eine Umschiftung eines finanziellen
Stromes ist.
Und damit erzeugen wir natürlich einen gesellschaftlichen Unterschied.
Das ist die Frage.
Wollen wir das so?
Eines ist sicher, mit den vier Kopernikus-Projekten ist Deutschland
gegenwärtig das größte Forschungslabor zur Energiewende.
An den Stromnetzen der Zukunft wird rund um den Globus gearbeitet,
kaum irgendwo anders aber wird der systemische Ansatz so weit
getrieben wie hierzulande.
Das weckt natürlich internationales Interesse, wie Dr. Kosse
berichtet.
Wir sind in einer Vorreiterposition.
Es gibt aus unterschiedlichen Regionen der Erde die Fragen, wie
realisiert ihr was?
Wie löst ihr Problem A, B, C?
Das hören wir siemensintern von unseren zum Beispiel chinesischen
Kollegen.
Und man guckt sehr interessiert, wie realisiert Deutschland die
Energiewende?
Und hier würde ich sogar ergänzen, man beobachtet, wie realisieren wir
die Energiewärme und möglicherweise sogar Verkehrswende.
Wir sind ein Land mit einem Energieverbrauch, der nicht
vernachlässigbar ist.
Und da guckt man, wie Deutschland das löst, welche Herausforderungen
werden wie gemeistert und welche Probleme ergeben sich, die man
vielleicht, wenn man neu planen kann, komplett umgehen kann.
Wenn sich die vielen Mosaikstückchen erst einmal zusammengefügt haben,
werden die Smart Grids sehr viel mehr verändert haben, als man heute
absehen kann.
Die Einführung der Strom- und Gasversorgung in den Städten an der
Wende vom 19.
zum 20.
Jahrhundert hat die Entwicklung einer spezifischen Urbanität, wie wir
sie heute kennen, überhaupt erst möglich gemacht.
Sicher ist, dass der Einzelne sehr viel mehr Verantwortung übernehmen
wird, was die eigene Versorgung mit Energie betrifft.
Und sei es nur, indem er sich eine Solaranlage und einen elektrischen
Heimspeicher anschafft.
Ensur-Direktoriumsmitglied Professor Joachim Knebel jedenfalls
ermutigt nachdrücklich zu diesem Mehr an Eigenverantwortung.
Wenn da die Menschen entsprechend lukrative Finanzierungsangebote
kriegen, die Technologie entsprechend zuverlässig im Markt ist, mit
den Energieversorgern Modelle ausgehandelt werden, wie man nur noch
rudimentär vom Netz zum Beispiel seinen Strom bezieht, wenn der
Speicher groß genug ausgerichtet ist, da müssen so viele Parteien
einfach mal neue Wege gehen.
Der Bürger selber, die Netzbetreiber, die Stadtwerke, die Politik ein
bisschen was wagen, aber auch einfach mal aus dem alten Trott
rausgehen.
Das ist was, das würde ich mir wünschen.
Ich glaube, das ist der ganz große Schritt, den alle Player hier
machen müssen.
Redaktion Justus Hartlieb Titelmusik Arthur Tadeuszian Weitere
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