Schöne neue Spannungsverhältnisse

29. April 2013, 19:25
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Die Energiewende steht vor der Tür, die Stromnetze sind allerdings noch nicht bereit dafür - Smart-Grid-Forscher haben nun ein Labor eröffnet, in dem künftige Systeme schon jetzt simuliert werden

Unscheinbar weiß sind die Schränke, die in Reih und Glied auf der Galerie einer kargen Industriehalle stehen. Dazwischen geradlinige Kabelstränge, Rohre und Schienen. Ein unspektakulärer Anblick. Doch im Inneren der Schaltkästen spielt sich so einiges ab: Manche beherbergen eine ganze Fotovoltaikanlage von der Größe eines halben Fußballfelds. In anderen befindet sich eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, wieder andere stehen für einen elektrischen Speicher.

Die Schränke sind die sichtbare Hardware zu einem Experimentierfeld, das die Zukunft des Energiesystems austesten soll. Vergangene Woche wurde das "Smart-EST (Smart Electricity Systems and Technologies) Labor" am Austrian Institute of Technology (AIT) in Wien-Floridsdorf eröffnet. In den Schaltkästen und mithilfe einer ausgefeilten Software soll simuliert werden, was in den Stromnetzen passiert, wenn die vielzitierte Energiewende tatsächlich eintritt und die Kraft von Wind, Sonne und Biomasse die fossilen Energieträger weitgehend ersetzt.

Weil die unregelmäßige Einspeisung von Ökostrom die bestehenden Leitungen schon jetzt gehörig unter Druck bringt, arbeiten Energieforscher seit geraumer Zeit an neuen Konzepten für "intelligente Stromnetze", auch bekannt unter dem Schlagwort "Smart Grids".

"Uns steht in den nächsten zehn bis 15 Jahren ein Totalumbau des Energiesystems bevor", drückt es Michael Strebl, Geschäftsführer des Netzbetreibers Salzburg Netz aus. "Bisher war es so, dass jemand auf einen Knopf drückt, wenn der Strombedarf steigt, und das Wasserkraftwerk wird eingeschaltet", sagt Strebl. "Es sitzt aber niemand im Lastverteiler, um einen Knopf zu drücken, wenn gerade der Wind bläst oder die Sonne scheint."

Das bedeutet, dass sämtliche Netze, Transformatoren und Regler so umgerüstet werden müssen, dass sie selbst Steuerfunktionen übernehmen können. Hintergrund ist nicht zuletzt, die Kosten für Netzausbauten möglichst gering zu halten. Denn bisher wurden Mittelspannungsnetze, die mehrere Ortschaften oder einen Stadtteil versorgen, aufgrund der beschränkten Mess- und Regelungsmöglichkeiten überdimensioniert, um für alle möglichen Fälle gewappnet zu sein.

Das Blackout im Test

Verschiedenste Fälle und Störfälle bis hin zum Blackout soll nun das Smart-Grid-Labor nachbilden. "Wir haben die Möglichkeit, einzelne Netzabschnitte zu konfigurieren und so die reale Welt ins Labor zu holen", erklärt Brigitte Bach, die Leiterin des Energy Departments am AIT." Wir können Stromerzeuger, Verbraucher, einzelne Netzkomponenten und ihre Interaktionen in Echtzeit simulieren und so neue Methoden zum Netzmanagement entwickeln."

Im Fokus der AIT-Forscher stehen allerdings weniger die großen Stromautobahnen, die Energie von Offshore-Windanlagen im Norden oder Solarfarmen im Süden transportieren, sondern lokale Verteilernetze im Niedrig- und Mittelspannungsbereich. Schon jetzt wird in Pilotprojekten im Großen Walsertal und im Salzburger Lungau, wo die Netze durch viele Kleinwasserkraftwerke bereits an ihre Grenzen stoßen, erprobt, wie sich neue Regelungskonzepte bewähren.

Doch nicht jedes zukünftige Problem lässt sich in der Praxis testen. Im Simulationslabor des AIT will man nichts dem Zufall überlassen: "Ein Computer, der die übergeordnete Netzstruktur imitiert, leitet die tatsächliche elektrische Spannung für die Simulation über eine Schnittstelle weiter", schildert Projektleiter Christoph Mayr. "Das Versuchsfeld steht also unter echter Spannung." Dann können sämtliche Teile des jeweiligen Systems - von der Windkraftanlage über ein Großaufgebot von Elektroautos bis hin zur Waschmaschine in einem intelligenten Gebäude - zugeschaltet und analysiert werden.

Ein Kernstück des Labors ist der Fotovoltaik-Wechselrichter, der dafür zuständig ist, dass die Gleichspannung einer Solaranlage in Wechselspannung umgewandelt wird - was erst die Einspeisung ins Stromnetz ermöglicht. Der Wechselrichter wurde in eine Klimakammer eingebaut, in der er Hitze, Kälte und Feuchtigkeit ausgesetzt wird, um so seine Robustheit auszuloten.

Acht Millionen Euro wurden in das Smart-Grid-Labor investiert, je zur Hälfte vom AIT und vom Klima- und Energiefonds, einer gemeinsamen Einrichtung von Lebens- und Verkehrsministerium. Die Erkenntnisse aus der Erforschung intelligenter Netze sollen nicht nur zu einer stabilen Stromversorgung in der Öko-Zukunft führen, sondern auch helfen, Strom zu sparen. Die Einsparungen halten sich aber noch in Grenzen: Michael Strebl von Salzburg Netz beziffert sie für die Salzburger Modellversuche auf zwischen drei und fünf Prozent im Schnitt.

Pilotprojekte vor dem Start

Die zwei ersten Smart-Grid-Pilotprojekte stehen kurz vor der Eröffnung: In der Gemeinde Köstendorf wurde die Hälfte der Haushalte mit Smart Metern (digitalen Stromzählern), Fotovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen ausgestattet; in Salzburg-Taxham wurde eine Wohnsiedlung errichtet, deren Technik interaktiv mit dem Stromnetz kommunizieren kann. "In einem nächsten Schnitt wollen wir die Pilotanlagen massentauglich machen", sagt Strebl.

Dazu gehört aber auch, Bedenken von Datenschützern auszuräumen. Immerhin liefern Smart Meter ständig Daten über den Stromverbrauch und somit das Verhalten der Nutzer. Erst im Jänner wurde an der FH Salzburg ein vom Wirtschaftsministerium ko-finanziertes Josef-Ressel-Zentrum eröffnet, das sich der Privatsphäre in Smart-Grid-Netzen, der Abwehr von Hacking-Attacken und der Entwicklung leicht bedienbarer Anwendungen widmet. Damit der Strom in Zukunft nicht nur umwelt-, sondern auch benutzerfreundlich fließen kann. (Karin Krichmayr, DER STANDARD, 30.4./1.5.2013)


Wissen: Smarte Netze, schlaue Zähler

Noch ist das Stromnetz auf zentrale Großkraftwerke ausgelegt. Das wird sich bald ändern: Die Anzahl dezentraler Erzeuger, die Energie aus Wasserkraft, Wind, Biomasse und Sonne ins Netz einspeisen, steigt. Das stark fluktuierende Angebot, kombiniert mit neuen Verbrauchern, wie etwa Elektroautos, führt zu Schwankungen in der Netzspannung. Es kann leicht zu Blackouts kommen.

Das sollen Smart Grids verhindern. Die "intelligenten" Stromnetze, ausgestattet mit digital gesteuerten Trafos und Reglern, sollen dafür sorgen, dass Stromerzeugung und Verbrauch möglichst effizient vernetzt werden.

Bis 2019 sollen in Österreich 95 Prozent der rund 5,5 Millionen Stromzähler in heimischen Haushalten gegen Smart Meter getauscht werden, die laufend den Verbrauch messen und evaluieren. Laut Verkehrsministerium sind 2012 in Österreich 120 Mio. Euro in die Energieforschung geflossen, davon 80 Mio. aus den Mitteln des Verkehrsministeriums. Bisher wurden acht Smart-Grid-Modellregionen vom Klima- und Energiefonds unterstützt. (kri)

  • Spannungsfeld Ökostrom: Das Modell zeigt, wie künftig Solar- und Windkraft reibungslos vernetzt werden sollen. Im Labor bilden große Rechner das Stromnetz nach.
    grafik: ait/effects garden

    Spannungsfeld Ökostrom: Das Modell zeigt, wie künftig Solar- und Windkraft reibungslos vernetzt werden sollen. Im Labor bilden große Rechner das Stromnetz nach.

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