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Ausgabe 02/2003
Stromnetze

Stromnetze der Zukunft

Zunehmend sollen neue klimafreundliche Methoden der Energieerzeugung wie Wind- und Solarenergie die heute überwiegend zur Stromproduktion genutzten Kohlekraftwerke ablösen. Wind- und Solarenergie können ihre Leistung jedoch nur schwankend liefern – gemäß dem momentanen Angebot an Wind und Sonnenstrahlung. Wissenschaftler der Universität Rostock und des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik untersuchen daher, was dies für die Netzregelung bedeutet. Ebenso soll geprüft werden, wie Fusionskraftwerke konstruiert sein müssen, damit sie als Puffer wirken können. Auch diese Anlagen – die ab der Jahrhundertmitte verfügbar sein könnten – würden das klimaschädliche Kohlendioxid vermeiden.

(Foto: BilderBox)
Bereits heute ist die Netzregelung aufwändig: Damit Stromverbrauch und -erzeugung jederzeit ausgeglichen sind, sorgt eine ständige Überwachung dafür, dass Überlastungen und Engpässe im Netz rechtzeitig erkannt werden. Ansonsten beginnt die Netzfrequenz – die bekannte Frequenz des Wechselstroms von 50 Hertz – zu stark zu schwanken. Steigt also die Stromnachfrage – etwa zur Mittagszeit – muss das System hochfahren; sinkt das Energieangebot – zum Beispiel bei einem Kraftwerksausfall – müssen andere Anlagen einspringen. Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von rund sechs Gigawatt stehen hierfür in Deutschland in Bereitschaft.

Im neuen System kämen die Schwankungen von Wind und Sonnenstrahlung hinzu: Wie die Rechnungen zeigen, könnte ein Energiesystem mit Windkraftwerken einer Gesamtleistung von 21,5 Gigawatt – die in Deutschland bis 2030 geplanten Windparks in Nord- und Ostsee – sowie Solarzellen mit insgesamt 20 Gigawatt Spitzenleistung rund 85 Milliarden Kilowattstunden Strom im Jahr erzeugen, d.h. rund 20 Prozent der heutigen Stromproduktion abdecken. Unter realistischen Wetterbedingungen sind Windparks und Solar-Anlagen dabei durchschnittlich zu 35 bzw. 11 Prozent ausgelastet. Die meisten der auftretenden Leistungsschwankungen – zwischen 200 und 300 Megawatt pro halber Stunde – wären unkritisch für das Netz.

Neuartig und problematisch wären jedoch Zu- oder Abnahmen um mehr als 1000 Megawatt. Dies entspräche dem Ausfall eines Großkraftwerkes und wäre in immerhin 1300 Stunden pro Jahr zu erwarten. Extreme Schwankungen schließlich würden durch großräumige Windflauten verursacht, durch Schlechtwetterfronten oder das Abschalten ganzer Windparks bei Sturmböen. Die Bereitstellung von Regelenergie für derart große Schwankungen wäre wesentlich aufwändiger und kostspieliger als heute. Dafür müssten zunächst Kohle- und Gaskraftwerke eingesetzt werden, die später durch Fusionskraftwerke ersetzt werden könnten: Wie erste Überlegungen zeigen, könnten sie wohl erheblich zur Netzregelung, insbesondere zum tages- und jahreszeitlichen Ausgleich beitragen. Die Analyse soll daher die Anforderungen für eine entsprechende Entwicklung der Fusionstechnik präzisieren.

imi