Das europäische Stromversorgungssystem

 

European Network of Transmission System Operators – Grid Map

Für viele Menschen kommt der Strom sehr verlässlich aus der Steckdose. Selten sind jedoch die Zusammenhänge bekannt oder bewusst. Hinter unserer sehr hohen Versorgungssicherheit steckt ein europäisches Verbundsystem, dass nur im Gesamten sicher funktioniert. Es wurde für einfach berechenbare und steuerbare Großkraftwerke errichtet. In den letzten Jahren haben sich jedoch die Rahmenbedingungen erheblich verändert.

So ist etwa in Deutschland die Anzahl der Erzeugungsanlagen in den letzten 10 Jahren von rund 1.000 auf über 1,7 Millionen angestiegen. Zudem haben die vielen neuen Kleinkraftwerke eine unangenehme Eigenschaft. Sie können nicht konstant Strom liefern, sondern sind auf Wind- und Sonnenverhältnisse angewiesen – es kommt zu einer volatilen (veränderlich, beweglich, flüchtig) Stromerzeugung. Zusätzlich belasten auch andere Eingriffe, wie etwa der “Energie-Only-Markt”, der keine Rücksicht auf physikalische und damit infrastrukturelle Voraussetzungen nimmt, die Systemsicherheit (siehe auch Wenn betriebswirtschaftliche Optimierungen systemgefährdend werden).

Fragiles Gleichgewicht

Grafik: Swissgrid

Grafik: Swissgrid

Das Stromversorgungssystem funktioniert jedoch nur, wenn eine konstante Balance zwischen Erzeugung und Verbrauch sichergestellt werden kann! Die Netzsteuerung wird daher seit Jahren anspruchsvoller und teurer, da entsprechende Maßnahmen zur Netzstabilisierung durchgeführt werden müssen (siehe Auswertung Redispatching & Intradaystops). Der rasche Ausbau der dezentralen Erzeugungsanlagen wurde lange unterschätzt, da sie im Rauschen untergegangen sind. Mittlerweile wurde jedoch ein Leistungsniveau erreicht, das systemrelevant ist und auch systemgefährdent sein kann. Ursprünglich sinnvolle regulatorische Maßnahmen, wie die bevorzugte Einspeisung, führen heute immer häufiger zu „Stresssituationen“ im Gesamtsystem.

Hören Sie dazu einen Auszug aus dem SRF-Blackout-Studio: Wer ist betroffen?

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Nach einem Blackout (“Schwarzfall”) – Netzwiederaufbau

Ein Blackout wird in der Fachwelt als Großstörung bzw. Schwarzfall bezeichnet. Dabei sind nicht nur die Leitungen, sondern auch die Kraftwerke stromlos. Diese schalten sich ab einer gewissen Frequenzabweichung aus Sicherheitsgründen ab, um physische Schäden an den Anlagen zu verhindern. Ein nicht speziell für diesen Schwarzfall vorbereitetes “schwarzstartfähiges” Kraftwerk kann jedoch nicht mehr von selbst hochfahren, sondern benötigt für den Start wieder eine Frequenzvorgabe von 50 Hertz. Ein solches Kraftwerk muss darüber hinaus für den Inselbetrieb ausgelegt sein und Lastzuschaltungen in ausreichend großen Sprüngen verkraften können.

In Österreich gibt es offiziell 2 (1,5 GW), in der Schweiz 4 und in Deutschland 120 schwarzstartfähige Kraftwerke (9,7 GW). In Österreich gibt es aus der Vergangenheit heraus noch einige weitere dezentrale, kleinere schwarzstartfähige Kraftwerke, in der Regel Wasser- bzw. Speicherkraftwerke. Gerade Pumpspeicherkraftwerke haben eine sehr hohe Leistungsfähigkeit, was auch erklärt, warum in Österreich nur 2 und in Deutschland 120 Kraftwerke vorgehalten werden, während bei der Leistung nur ein 6,4-facher Unterschied besteht.

Wichtig ist auch, dass es beim Schwarzstart nicht nur um die technischen, sondern vor allem auch um die organisatorischen und personellen Vorsorgen geht. Das heißt, ein erfolgreicher Schwarzstart hängt auch ganz wesentlich von der Handlungskompetenz des Operator-Personals ab. Und ein koordinierter Schwarzstart mit 120 Kraftwerken ist wesentlich aufwendiger und fehleranfälliger, als etwa mit 2 Kraftwerken. Gerade beim Zusammenschalten der Netzinseln können Fehler auftreten, die zum erneuten Kollaps (“Dominoeffekt“) des bereits wieder funktionierenden und verbundenen Netzgebietes führen können. Siehe dazu auch  Stromkollaps im Extremwinter bzw. höre dazu einen Ausschnitt:

 

Wie funktioniert das Stromnetz heute und in Zukunft?

Dieses Video des deutschen Forschungsprojektes “KombiKraftwerk2” beschreibt sehr anschaulich die Zusammenhänge und Herausforderungen.

Das Forschungsprojekt – das mittlerweile abgeschlossen wurde – kommt auch zu dem hier vertretenen Schluss:

Für das Ziel Energiewende müssen in den nächsten Jahren und Jahrzehnten noch einige politische, wirtschaftliche und technische Anstrengungen unternommen werden. Die Herausforderungen zum Erhalt der Netzstabilität, die der Wandel der Stromversorgung aufwirft, sind dabei weniger in den erneuerbaren Energien zu suchen, da diese die technischen Anforderungen zur Netzstabilisierung prinzipiell erfüllen. Vielmehr erfordert die neuartige Struktur der künftigen Stromerzeugung und -verteilung ein Umdenken bei der Organisation des Systems. [Siehe dazu auch das Energiezellensystem] Dabei geht es um eine Systemtransformation, die die fluktuierend einspeisenden Wind- und PV-Anlagen als tragende Säule der Stromversorgung in den Mittelpunkt stellt. Flexible Biomasseanlagen (Biogas und feste Biomasse) und Biomethananlagen sowie Speicher sind hierbei ein wesentlicher Bestandteil des Energiesystems und tragen zur gesicherten Leistung bei. Ohne einen entsprechend angepassten Ausbau des Netzes mit all seinen Komponenten, einer Anpassung der Regularien und Märkte wird der Wandel der Stromversorgung nicht gelingen. Als Lohn für diese Anstrengungen winkt eine moderne, saubere und stabile Stromversorgung.

Systemische Betrachtungen

bb_systemische_betrachtungenBei einer systemischen Betrachtung ist rasch festzustellen, dass bei der bisherigen „Energiewende“ systemische Aspekte offensichtlich zu kurz kommen. Denn ein System ist mehr als die Summe der Systemelemente. Entscheidend sind die „unsichtbaren Fäden“ zwischen den Systemelementen. Etwa, dass zwischen den Erzeugungsanlagen und den Energienutzern („Verbrauchern“) Leitungen erforderlich sind, oder Speicher und Puffer (Energiebevorratung), um die Volatilität der Erzeugung ausgleichen zu können. Aber auch die Netzsteuerung zählt dazu. Leicht übersehen werden die sehr unterschiedlichen Zeithorizonte, die sich bei einer volatilen Erzeugung anders als bisher auswirken. Beginnend im Millisekunden­bereich (Schutz), über Sekunden/Minuten (Netzregelung bzw. Ersatz der bisherigen rotierenden Massen), Energiebilanz (Stunden/Tage/Wochen) und Nachhaltigkeit (Jahre/Jahrzehnte). All das wird beim der­zeitigen Markt- und Preisfokus kaum berücksichtigt.

Hören Sie dazu einen Auszug aus dem SRF-Blackout-Thementag: Tag 6: Keine Normalität in Sicht – Stromhändler und Netzoperator

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Komplexität

MikadostäbchenMit der Zunahme der System­elemente steigen auch die Wechselwirkungen zwischen diesen exponentiell an. Entwicklungen, mit denen wir nachgewiesenerweise schlecht umgehen können. Dadurch sinkt auch die Steuerbarkeit des Systems – unsere bisherigen Mechanismen greifen immer schwere und die Gefahr eines System­kollapses steigt. Dem kann nur durch ein entsprechendes neues Systemdesign (Energiezellensystem) begegnet werden, was bisher weitgehend fehlt. Die große Hoffnung liegt in „Smart“-Technologien, wobei die bisherigen Ansätze eher in eine Sackgasse weisen, als zur Lösung beitragen werden (siehe Das Smart Grid im Zeitalter des Cyberwar). Die unreflektierte Vernetzung im IT-Bereich hat bisher zu ungelösten und immer schwieriger beherrschbaren Problemen geführt. Auch wenn sich die bisherigen Probleme vorwiegend im virtuellen Raum abspielen, gibt es bereits enorme finanzielle Folgeschäden in der Realwelt. Nicht auszudenken, was passiert, wenn diese Entwicklungen auf den Infra­struktursektor überspringen und es zu Aus­fällen in der Verfügbarkeit von vernetzten Infrastruktursystemen kommt – was offensichtlich Ende 2015 in der Ukraine bereits passiert ist. Intelligente Technologien werden sicher einen Beitrag zur Energiewende leisten müssen. Die der­zeitigen Konzepte sollten aber aus systemischer Sicht kritischer hinterfragt werden. Denn durch Vernetzung steigt die Komplexität, was zu einem veränderten und nicht in unserem bisherigen Sinne steuerbaren Systemverhalten führt.

Die Energiewende

Foto: Wikipedia

Foto: Wikipedia

Schöpferischen Zerstörung“ – Neues führt zur Zerstörung von Altem – etwas, dass wir uns bei diesem System nicht leisten können. Unsere Gesellschaft ist völlig von der Stromversorgung abhängig. Eine Studie des Büros für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag kommt zum Schluss, dass ein überregionaler Stromausfall über eine Woche katastrophale gesellschaftliche Auswirkungen nach sich ziehen würde. Eine Rückkehr zu einer Normalität, wie sie vor einem solchen Stromausfall bestanden hat, ist bereits nach wenigen Tagen äußerst un­wahrscheinlich. Dennoch gibt es derzeit kaum gesamtgesellschaftliche Auseinander­setzungen und Vorbereitungen, um mit einem solchen möglichen Szenario umzu­gehen. Dabei würde der erste Schritt, das Wissen um die Möglichkeit eines solchen Szenarios und den damit erwartbaren Aus­wirkungen schon sehr viel bewirken und die Menschen robuster für einen solchen Fall machen.

 

 

Weiter: Risiko

 

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