Smart Grids: Stromnetze brauchen einen Paradigmenwechsel

Smarte Stromnetze auf der Grundlage unserer alten Infrastruktur aufzubauen, macht das denn überhaupt Sinn? Die TU Wien präsentiert mit "LINK" einen neuen Lösungsansatz. [...]

Stromnetze sind historisch gewachsen. Große Teile stammen aus Zeiten, in denen die Anforderungen an die Stromverteilung noch ganz anders waren als heute. In Zukunft soll die Stromerzeugung weiter dezentralisiert werden, Alternativenergie-Anbieter sollen Energie ins Stromnetz einspeisen. Bis hinunter auf die Ebene einzelner Haushalte sollen Stromerzeuger und Energiespeicher eingebunden werden. Es gibt unterschiedliche Versuche, Stromnetze an diese Herausforderung anzupassen, doch keiner von ihnen löst alle Probleme nachhaltig.

Die Elektrotechnikerin Albana Ilo, vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe der TU Wien ist überzeugt, dass man sich nicht mit Notlösungen zufrieden geben darf. Sie hat die Grundkonzepte des Stromnetzes ganz neu überdacht und präsentiert nun „LINK“ – ein neues Smart-Grid-Paradigma, das Stromnetze zukunftstauglich machen soll. LINK organisiert die Verwaltung von Netzen, Stromerzeugern, Stromspeicher-Einrichtungen und Verbrauchern neu, indem das Gesamtsystem in wohldefinierte Einheiten („Links“) aufgeteilt wird, die jeweils über ein eigenes Steuersystem verfügen und wohldefinierte Schnittstellen zu benachbarten Einheiten haben. Das soll eine bessere, einfachere und automatisierte Energiewirtschaft ermöglichen, für mehr Sicherheit sorgen und Datenschutzprobleme lösen.

ALTE IDEEN BRINGEN KEINE LÖSUNG

„Seit Jahren diskutiert man neue Konzepte wie virtuelle Kraftwerke oder sogenannte Microgrids“, sagt Ilo. In virtuellen Kraftwerken wird eine große Zahl von kleinen, dezentralen Stromerzeugern zusammengefasst. Dadurch können sie sich einfacher am Markt behaupten, doch technische Probleme bleiben bestehen: Man kann sie nicht so einfach steuern wie ein großes Kraftwerk, daher müssen heute ständig große Datenmengen ausgetauscht werden, um den Betrieb aufrechzuerhalten.

Microgrids sind Netz-Abschnitte, die als annähernd autonome Einheiten gedacht werden können, in denen sich Stromerzeugung und Verbrauch ungefähr die Waage halten. Das gesamte Stromnetz in überschaubare, autonome Einheiten zu unterteilen, ist allerdings undenkbar. Gerade angesichts großer off-shore Windanlagen im Meer oder großer Solarkraftwerke in der Wüste lässt sich das Stromnetz nicht bloß lokal betrachten.

PHYSIK UND MARKT ZUSAMMENBRINGEN

Der Elektrizitätsmarkt, die Verwaltung der Netze und die tatsächlichen physikalischen Gegebenheiten passen heute nicht unbedingt zueinander. Physikalisch sind die Stromnetze in ein Hochspannungsnetz, ein Mittelspannungsnetz und ein Niederspannungsnetz aufgeteilt. Dazu kommen Kraftwerke, Speicher und Konsumenten. Genau an solchen Trennlinien soll sich auch die Führung der Stromnetze orientieren, meint Albana Ilo.

Wie Glieder einer Kette, die nach Belieben zusammengehängt und kombiniert werden können, hängen in ihrem LINK-Paradigma die einzelnen Elemente zusammen. Ein Hochspannungsnetz – etwa das von Österreich – hat in Ilos Konzept seine eigene Steuerung, die auf einem physikalischen Modell beruht. Über klar definierte Schnittstellen kommuniziert es mit benachbarten Hochspannungsnetzen und mit den untergeordneten Mittelspannungsnetzen. Dieses System verketteter Elemente setzt sich bis auf die Haushalts-Ebene fort. Jeder „LINK“ bekommt Input von benachbarten Elementen und entscheidet dann selbst, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen. Dadurch ist es nicht nötig, große Datenmengen zu einer zentral koordinierenden Stelle zu schicken.