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Erhöhung des Ökostromanteils mit zukunftsfähigen Energienetzen

Europa muss die Infrastruktur von Stromnetzen neu konzipieren, um den effektiven Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien zu schaffen. Das Horizont-2020-finanzierte Projekt RE-SERVE ist hierfür wegweisend.

Energie

Die Ziele der Europäischen Kommission und Mitgliedstaaten im Bereich erneuerbare Energien sind ehrgeizig – bis 2030 soll der Anteil erneuerbarer Energien bei 32 % liegen. Ein Zuwachs umweltfreundlicher Elektrotechnologien soll das Stromnetz ergänzen und damit die EU unabhängiger von fossilen Brennstoffen machen. Ein Großteil bisheriger Technologie basiert auf Synchronmaschinen, die Trägheit erzeugen und damit das Stromnetz stabilisieren. Da erneuerbare Energien keine Trägheit erzeugen, ist die Stabilisierung künftiger Netze eine Herausforderung. „Der Schwerpunkt von RE-SERVE ist die Aufrechterhaltung der bisherigen Stabilität des Stromnetzes bei einem Anteil erneuerbarer Energien von bis zu 100 %“, sagt Fiona Williams, Forschungsleiterin bei Ericsson und Projektkoordinatorin von RE-SERVE. Um das ehrgeizige Ziel zu erreichen, sind neue Techniken gefragt, etwa Methoden zur Frequenz- und Spannungsregulierung im System.

Notwendige Anpassungen

„Aufgrund der geringeren mechanischen Trägheit großer Synchrongeneratoren wie Wasserkraftturbinen kommt es durch Störungen im Stromnetz schneller zu größeren Frequenzabweichungen“, sagt Antonello Monti, Technischer Leiter von RE-SERVE. Damit Energiesysteme mit geringer Trägheit weiterhin wichtige Aufgaben erfüllen und die Stabilität aufrechterhalten können, muss die Frequenzsteuerung optimiert werden. Zudem muss das europäische Netz angepasst werden, damit künftig „Netzeffekte“ vermieden werden, die den ordnungsgemäßen Betrieb des Netzes stören. Ursachen für diese Netzeffekte sind u. a. Stürme, die Bäume auf Stromleitungen stürzen lassen und Windparks beschädigen können, Störungen bei Synchrongeneratoren oder Stromübertragungsleitungen sowie unerwartet hohe Spitzen durch Einspeisung erneuerbarer Energien und entsprechende Instabilität des Stromnetzes.

Feldversuche

RE-SERVE setzte in europaweiten Tests die Modelle in reale Szenarien um und führte in Irland Feldversuche zur Spannungsregulierung durch. Das Netz umfasste die Installation von Solarmodulen, Batteriespeichersysteme, Ladegeräte für Elektrofahrzeuge und den Prototyp eines Wechselrichters zur Spannungsregulierung. „Das Projekt nahm alle sieben Versuchsstandorte erfolgreich in Betrieb, löste Probleme und vermied Verzögerungen. Durch Einsatz sämtlicher verfügbarer Techniken zur Spannungsregulierung konnte bewertet werden, wie sich die Spannungsregulierung optimieren lässt“, sagt Williams. In Deutschland und Rumänien überwachte die Forschungsgruppe die Netzfrequenz, um die Dynamik des Verbundnetzes zu analysieren. „Anhand dieser Erfahrung konnten die Projektpartner ermutigt werden, Vorschläge für eine bessere europaweite Überwachung der Stromflüsse zu unterstützen“, sagt Monti.

Wirkung des Erfolgs

„Als wir 2016 die Arbeit am Projekt begannen, herrschte bei vielen Experten im Energiesektor Skepsis, dass es jemals möglich oder wünschenswert sein könnte, Stromnetze mit einem Anteil von bis zu 100 % erneuerbaren Energieträgern mit oder ohne Wasserkrafterzeugung zu betreiben. Zum Projektende 2019 wich die vorherige Skepsis bei vielen Branchenexperten einer zunehmenden Motivation, sich den Herausforderungen zu stellen“, erklärt Williams. „Dass aus der Projektarbeit drei Handbücher zur Frequenz- und Spannungsregulierung hervorgingen, zeigt, dass die Ergebnisse auf großes Interesse stoßen“, fügt Monti hinzu. Die unter RE-SERVE begonnene Arbeit wird nun fortgesetzt und das im April 2020 startende Projekt EdgeFLEX wird die Ergebnisse von RE-SERVE weiterentwickeln und für virtuelle Kraftwerke anpassen.

Schlüsselbegriffe

RE-SERVE, erneuerbar, umweltfreundliche Technologien, Synchronmaschinen, Energie, Stabilität, Netz, sicher, virtuelle Kraftwerke

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