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Algorithmus für stabile Netze

Wie ein Dorf im Allgäu Vorreiter für die europäische Energiepolitik werden könnte

Dem Bau der Stromleitung von Hamburg nach Dänemark steht auf juristischer Ebene nichts mehr im Wege. (Symbolbild)

Stromnetze brauchen spezielle Software, wenn erneuerbare Energien im großen Stil kommen.

München. Die Wechselrichter summen hörbar. Gleich kommt die Netzstabilität an ihre Grenze. „Jetzt trennt sich der Umrichter vom Netz, Licht aus“, erklärt Joachim Bamberger die abrupte Dunkelheit lapidar. Der Elektrotechniker, der sein ganzes Berufsleben bei Siemens verbracht hat, spielt gerade ein Video aus Wildpoldsried im Allgäu ab, wo er und sein Team einen Stromausfall durch ungeregelt ins Netz fließende erneuerbare Energien simuliert haben. „Dann haben wir die Regelung von unserem Algorithmus optimieren lassen, das Netz ist stabil geblieben“, freut sich der 53-jährige. Erfunden haben das Stück Software er und Siemens-Kollege Ulrich Münz. Gerade wurden beide dafür konzernintern als Erfinder des Jahres gefeiert. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Energiewende ihren Algorithmus im großen Stil braucht.

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„Seit mehr als zehn Jahren forschen wir daran, wie man Stromnetze mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien stabil betreibt“, sagt Münz. Stromnetze müssen Spannung und Frequenz in engem Rahmen stabil halten. Sonst kollabieren sie. Bei traditionellen Kraftwerken sorgen integrierte Synchronisationsmaschinen dafür. Die fehlen aber bei Wind- und Solaranlagen. Wenn mit der Energiewende immer mehr konventionelle Kraftwerke vom Netz gehen und erneuerbare Energien übernehmen, muss anderes für Netzstabilität sorgen. Das ist der patentierte Algorithmus der beiden Siemens-Erfinder.

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Erstmals getestet haben sie ihn im Allgäu und das Energiedorf Wildpoldsried zeitweise vom allgemeinen Stromnetz getrennt, um es in einen isolierten Inselbetrieb zu nehmen. Die Allgäuer sind heute schon dort, wo ganz Europa in ein paar Jahren sein soll. „Wir sind beim Achtfachen des eigenen Verbrauchs durch Stromerzeugung aus regenerativen Energien“, sagt Günter Mögele und holt aus.

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„Vor 30 Jahren haben wir den Beschluss gefasst, uns nicht ans öffentliche Erdgasnetz anzuschließen, was aus heutiger Sicht nicht die dümmste Entscheidung war“, erzählt der zweite Bürgermeister von Wildpoldsried mit seinen 2.600 Einwohnern. Angefangen habe es mit Photovoltaik auf öffentlichen Dächern und Wohnhäusern. Vier von zehn Dächern des Dorfes sind heute damit belegt. Dann kamen bis heute zehn Blockheizkraftwerke auf Basis von Biogas und elf Windräder. Das decke nicht nur den Stromverbrauch inklusive Handwerksbetrieben und Landwirtschaft mehr als ab, sondern auch 60 Prozent des gesamten Wärmebedarfs von Wildpoldsried.

Solange das Selbstversorgerdorf am deutschen und damit europäischen Stromnetz hängt, ist das technisch problemlos möglich. Für Netzstabilität im EU-Verbund sorgen aktuell französische Atommeiler, polnische Kohlekraftwerke und andere traditionelle Anlagen mit ihren Synchronitätsmaschinen, erklärt Münz. Was vollständige Versorgung aus erneuerbaren Energien bedeutet, schildert Mögele. „Manchmal erzeugen wir an Spitzentagen das 50-fache des eigenen Verbrauchs, manchmal nur das Doppelte.“ Es sei nachweislich stets mehr, als im Ort selbst gebraucht wird, selbst ganz ohne Wind und Sonne, was am Biogas liegt.

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Würden das alle Gemeinden Deutschlands machen, wäre es schwierig für das Stromnetz, sagen Bürgermeister und Siemens-Erfinder. In die Richtung führt aber die Energiewende. „Spätestens 2030 werden wir in Probleme reinlaufen“, schätzt Münz. Die Siemensianer skalieren ihre Erfindung deshalb hoch.

Was in Wildpoldsried begonnen hat, ist über den Zwischenschritt Galapagos-Inseln im Pazifik mittlerweile auf der Hawaii-Insel Oahu angekommen. Noch sind Münz und Kollegen dort im Simulationsbetrieb. Aber Oahu mit seinem abgeschotteten Stromnetz baut immer mehr erneuerbare Energien zu. Der Tag rückt näher, wo es kritisch zu werden droht und der Siemens-Algorithmus real zum Einsatz kommen muss, soll das Netz stabil bleiben.

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„Wir haben bewiesen, dass es funktioniert mit 100 Prozent erneuerbare Energien“, sagt Mögele zu seinen Erfahrungen mit dem Siemens-Algorithmus. Konfliktfrei war das nicht. Bürgerproteste gegen Windräder habe es anfangs auch in Wildpoldsried gegeben. Aber Information und Bürgerbeteiligung hätten dafür gesorgt, dass nun alle an einem Strang ziehen. „Unsere Bürger haben in den letzten 20 Jahren über 50 Millionen Euro in die Erzeugung erneuerbarer Energien investiert“, sagt der Bürgermeister. Fremde Investoren habe man nicht benötigt.

Seit dem Krieg in der Ukraine und dem Steigen der Energiepreise wollten jetzt auch alle noch fehlenden Wildpoldsrieder ans ortseigene Ökowärmenetz angeschlossen werden. Das Ziel von 100 Prozent Wärme durch erneuerbare Energien fasse man nun ins Auge. Auch neue Windräder sind geplant. Überschüssige erneuerbare Energie ins Stromnetz zu speisen, mache gerade richtig Spaß, sagt Mögele. „Vor kurzem haben wir noch drei Cent je Kilowattstunde erhalten, jetzt sind es bis zu 15 Cent“, freut er sich.

Netz-Software

Der Algorithmus der Siemens-Erfinder ist noch nicht marktreif. Aber eine andere und erweiterbare Software, die für Netzstabilität zur Energiewende sorgt, nimmt der Konzern nun ins Angebot. Netzbetreiber und andere Kunden könnten damit bis zu sechs mal schneller als bisher Simulationen zum Netzschutz durchführen, verspricht Siemens. Ziel ist es, einen digitalen Netzzwilling zu erstellen, an dem Echtzeitbetrieb oder Wartung erst einmal virtuell simuliert wird. Die Energiewende geht bis 2030 mit einem versiebenfachten Zuwachs an dezentraler und damit schwankender Stromeinspeisung einher, sagt die Energieberatungsfirma Guidehouse Insights voraus. Begleitet werden soll das mit einer Verdoppelung des globalen Marktvolumens für Netzsoftware auf gut 16 Milliarden Euro von 2019 bis 2028. Davon will Siemens profitieren. Schon heute fließt laut Siemens 70 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs durch Infrastruktur auf Basis von Siemens-Netzsoftware.

Auch die beiden Siemensianer blicken nach vorn. Für ihren Algorithmus könnten immer größere Inselnetze etwa in der Dimension des US-Bundesstaats Texas oder Irlands die nächste Stufe nach Hawaii sein. „Es ist ein komplexes Regelungsproblem und selbst für Fachleute schwer zu verstehen“, räumt Bamberger ein. Mittlerweile glaubt er aber genug Verständnis und Expertise angehäuft zu haben, um sich weiter vorzuwagen. Der Erfinder vertraut seinem Algorithmus, der in wenigen Minuten vorausschauend potentielle Störquellen im Stromnetz erkennt, wo Menschen mit mühseligen Berechnungen Monate benötigen würden. In ein paar Jahren dürfte Europa darauf angewiesen sein.

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