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Netzschwankungen: Stromhandel schlägt Ökostrom

In Europa ist der Stromhandel für größere Schwankungen verantwortlich als die Einspeisung von Erneuerbaren Energien. Das haben Forscher am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation herausgefunden. (Foto: pixabay, CC0 1.0)
In Europa ist der Stromhandel für größere Schwankungen verantwortlich als die Einspeisung von Erneuerbaren Energien. Das haben Forscher am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation herausgefunden. (Foto: pixabay, CC0 1.0)

Wind- und Solarenergie werden gerne als Hauptverantwortliche für Schwankungen im Stromnetz gebrandmarkt. Forscher des Max-Planck-Instituts Göttingen haben dagegen herausgefunden: Der Stromhandel ist für stärkere Abweichungen verantwortlich.

13.01.2018 – Wenn das deutsche Stromnetz unter Druck gerät und die Übertragungsnetzbetreiber mit teuren Maßnahmen eingreifen müssen, ist für viele der Sündenbock klar: Solar- und Windkraftanlagen mit ihrer fluktuierenden Einspeisung von Ökostrom gefährden die Netz- und Versorgungssicherheit. Zuletzt hatte Netzbetreiber Tennet den Erneuerbaren die Schuld in die Schuhe geschoben. Daraufhin monierten Energieexperten, dass Kohle- und Atomstrom die wahren Schuldigen seien und die Netze verstopften. Nun kommen weitere Indizien hinzu, die Wind- und Solarstrom entlasten.

Wissenschaftler am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) haben herausgefunden: Der Stromhandel ist für stärkere Schwankungen im Stromnetz verantwortlich als die Einspeisung von Erneuerbaren Energien. Zusammen mit Kollegen aus Dresden, Jülich, London und Tokyo analysierten sie die Abweichungen der Netzfrequenz in Stromnetzen in verschiedenen Regionen der Welt, mit Hilfe mathematischer Modelle erstellten sie Vorhersagen über mögliche Anfälligkeiten und Ursachen.

Alles dreht sich um 50 Hertz

Schwankungen im Stromnetz sind erst einmal völlig normal. Denn wenn ein Verbraucher dem Stromnetz elektrische Energie entzieht, muss mehr produziert werden, um die Netzfrequenz von 50 Hertz zu halten. Geschieht dies nicht, können elektrische Geräte beschädigt werden. Wenn ein Kraftwerk zudem mehr elektrische Energie einspeist, als zunächst vorgesehen, müssen andere Kraftwerke ihre Leistung drosseln. Soweit die Theorie, Hüter der Netzfrequenz in Deutschland sind die vier Übertragungsnetzbetreiber.

Wind- und Solaranlagen verursachen mehr Schwankungen als Atom- und Kohlekraftwerke, die Natur in Form von Wind und Sonnenstrahlen hält sich nun einmal nicht an die europäische Netzfrequenz. Deshalb wollte das internationale Forscherteam wissen: Beeinflussen die Erneuerbaren Energien die Netzfrequenz und damit die Versorgungssicherheit so dramatisch wie oftmals behauptet wird? Und wie wahrscheinlich ist eine Abweichung von der Sollfrequenz. Dazu werteten die Wissenschaftler Messdaten aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Finnland, Mallorca, Japan und den USA aus.

Stromhandel für große Schwankungen verantwortlich

Die Analyse barg zwei Überraschungen. Erstens zeigte das zusammenhängende europäische Verbundsystem alle 15 Minuten starke Abweichungen. Dies sei genau der Zeitraum, in dem sich Erzeuger auf dem Strommarkt in Europa auf eine neue Verteilung für die Erzeugung einigen und sich damit ändere, wo wie viel Strom in das Netz eingespeist werde, so die Forscher. „Interessanterweise erscheinen die durch Stromhandel hervorgerufenen Frequenzschwankungen im Netz bedeutender als solche aufgrund der Einspeisung erneuerbarer Energien“, sagt dazu Prof. Marc Timme vom MPIDS.

Die zweite Überraschung: Die statistischen Abweichungen um den Sollwert von 50 Hertz folgten nicht einer Gauß-Verteilung, stattdessen seien extreme Schwankungen viel wahrscheinlicher als nach Gauß vorhergesagt. Deshalb entwickelte das Forscherteam ein neues mathematisches Modell für Fluktuationen im Stromnetz.

Große Netze sind stabiler

Darauf aufbauend fanden sie heraus, dass kleine Stromnetze wie auf Mallorca aber auch das britische stärkeren Schwankungen ausgesetzt sind als das weit verzweigte Netz Kontinentaleuropas. „Unsere Studie weist darauf hin, dass eine Aufteilung eines großen und damit sehr trägen Netzes, wie des kontinentaleuropäischen Netzes, in viele kleine Netze (Microgrids) zu größeren Frequenzschwankungen in diesen kleinen Netzen führt als es in dem gemeinsamen europäischen Verbundnetz der Fall ist“, fasst Studienautor Benjamin Schäfer vom MPIDS zusammen.

Ein Vergleich der Regionen zeige, dass größere Abweichungen in Netzen mit einem größeren Anteil an Erneuerbaren Energien auftreten. Das gelte etwa für Großbritannien, dort sei der Anteil an Wind- und Solarenergie deutlich höher als in den USA, was auch zu größeren Netzschwankungen führe. Um dennoch den Anteil der Erneuerbaren Energien zu erhöhen, empfehlen die Forscher verstärkte Investitionen in sogenannte Primärregelung und Demand Control, also eine intelligente Anpassung der Erzeuger und Verbraucher an die Frequenz. cw

   

Forum

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  1. Rudolf Tarantik 16.01.2018, 17:28 Uhr
    Die Energiewende wird sich immer schrittweise entwickeln. Dass sie im Laufe der Zeit aufwendiger und komplizierter, aber auch billiger wird, ist mittlerweile bekannt. Ob, und wann wir 90, oder 95 oder 99 % EE- Anteil erreichen, ist heute vollkommen egal. Entscheidend sind die nächsten zusätzlichen 10 - 20 % Anteil. Und um diese zu erreichen, dafür gibt es wirklich überhaupt kein Gegenargument.
    Natürlich kann man endlos lange futuristische Phantasien produzieren, dies dürfte jedoch die reale Wirklichkeit nicht interessieren.
  2. Eitel Heck 16.01.2018, 13:46 Uhr
    Der Link lässt sich in diesem Portal nicht öffnen.
    Wenn der Link im Internet bei Google eingegeben wird, dann stößt man auf den Artikel des Links.
  3. Eitel Heck 16.01.2018, 13:03 Uhr
    Ergänzung zu meinem Kommentar:
    Herr Tarantik schauen Sie sich bitte folgende Links an:
    https://novo-argumente.com/warum_eine_energiewende_mit_windkraft_nicht_gelingen_kann
    Der Verfasser des Artikel ist selbst Betreiber eines Kraftwerksparks.
    https://www.netzfrequenzmessung.de/
  4. Eitel Heck 16.01.2018, 11:06 Uhr
    Herr Tarantik: mein letzter Beitrag zu diesem Artikel.
    Iher Kommentar steht im Widerspruch zum Kirchhoffschen Gesetz.
    Mit Ihren Vorschlägen ist die großflächige Glättung der volatilen Stromerzeugung, die gegenwärtig noch durch die grundlastfähigen, konventionellen Kraftwerke gepuffert wird, nicht realisierbar.
    Man kann leider Gesetze der Physik nicht ausblenden, deshalb entstehen ja auch die zusätzlichen Kosten für überschüssigen Windstrom.
    Mit Ihren Vorschlägen, wie beispielsweise Sektorkopplung und Flexibilisierung, ist der naturwissenschaftliche Grundsatz, dass die Stromerzeugerleistung in jedem Augenblick mit dem Stromverbrauch übereinstimmen muss, bei der wetterabhängigen, sehr schwankenden Stromerzeugung nicht umsetzbar.
    Sektorkopplung und Flexibilisierung sind ein Langzeitprogramm, dass auch bei konventionellen Kraftwerken einen positiven Effekt hat, sie ersetzen aber nicht bezahlbare Groß- und Langzeitspeicher für überschüssigen Strom.
  5. Rudolf Tarantik 16.01.2018, 10:33 Uhr
    Herr Heck, die Kirchhoffschen Gesetzte sind allgemein bekannt. Hierzu bedarf es keiner Erläuterungen.
    Allseits bekannt ist auch, dass volatile Erzeugung immer einen flexiblen Ausgleich benötigt. Das wird heute schon problemlos mit täglichen Windstromanteilen bis zu 50% bewältigt. Für weitergehende Anteile bedarf es einer zunehmenden Sektorkopplung (Wärme, Verkehr), sowie zunehmender Flexibilität.
    Und das ist neu. Für Flexibilität und Sektorkopplung benötigen wir Ideen, Kreativität, neue Gesetzte und politische Entscheidungen.
  6. Eitel Heck 15.01.2018, 21:10 Uhr
    Ergänzende Erläuterung des Kirchhoffschen Gesetzes:
    Dieses Gesetz gilt für Stromkreise und damit auch für Stromübertragungsnetze.
    1. Kirchhoffsche Knotenregel
    In jedem Verzweigungspunkt eines Stromkreises ist die Summe der hinfließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme.
    Daraus für Stromübertragungsnetze abgeleitet:
    Die Stromerzeugungsleistung muss in jedem Augenblick mit dem Stromverbrauch übereinstimmen.
    Im Stromkreis gibt es keine Quellen und Senken für die elektrische Ladung.
    2.Regel von Kirchhoff( Maschenregel)
    Verfolgt man den Stromweg von dem einen Pol zum anderen Pol, so ist die Summe der Teilspannungen gleich der Spannung der Quelle.
    Die Energie, welche die Ladung in der Spannungsquelle erhält, ist gleich der Energie, welche sie auf den Weg zum anderen Pol bei den Widerständen verliert.
  7. Eitel Heck 15.01.2018, 13:57 Uhr
    In einem Stromnetz muss die Stromerzeugungsleistung mit dem Stromverbrauch in jedem Augenblick überstimmen, sonst wird der Kirchhoffsche Knotensatz als Gesetz der Physik verletzt.
    Das haben offensichtlich viele Leute nicht verstanden.
    Die Stromversorgungssicherheit mit volatiler Windstromerzeugung nach Ausstieg sowohl aus den Kernkraftwerken als auch nach Abschaltung der Kohlekraftwerke kann auch durch die Sektorkopplung ohne Verletzung des Kirchoffschen Knotensatzes nicht gelöst werden.
    Um die Klimaziele zu erreichen, darf Deutschland keinen weiteren Zeitverzug zulassen, um klimafreundliche, grundlastfähige Technologien der Energieerzeugung zu entwickeln und zu realisieren.
    Gegenwärtig werden die Stromerzeugung durch Windkraft und Photovoltaik noch durch konventionelle Kraftwerke gepuffert.
  8. Rudolf Tarantik 13.01.2018, 11:49 Uhr
    Es muss in jedem Fall sehr schnell im Bereich Sektorkopplung neue Regelungen geben. Seltene, aber große Mengen an Windstromspitzen dürfen nicht abgeregelt werden, sie müssen ortsnah, vor einem Engpass verwertet werden. Verbraucher gäbe es genügend, aber die horrenden unnötigen Abgabelasten verhindern eine sinnvolle Verwertung. Diese Mengen werden immer größer und es ist höchste Zeit endlich in dieser Richtung etwas zu unternehmen.
  9. Florian 13.01.2018, 09:09 Uhr
    interessant welche Schwankungen der europäische Stromhandel verursacht. Sollte der Stromhandel auf europäischer Ebene eingeschränkt werden? Ich denke nein. Der Stromhandel bietet auch Chancen, nicht nur bei Ausfällen von Kraftwerken. Stromüberschüsse aus Windkraft können in Gegenden wo gerade Flaute oder Trockenheit herrscht benötigt werden. Die Schweiz hatte vor ein zwei Jahren das Problem Trockenheit plus Ausfall von Großkraftwerken (AKW), ohne den grenzübergreifenden Stromhandel hätten die ein großes Problem gehabt. Außerdem werden derzeit mangels genügend eigener Übertragungs Netzkapazität in Nord Süd Richtung Strommengen mit Umweg über Osteuropa von Nord- nach Süddeutschland transferiert. Ein weiterer Ausbau der Netzkopplungen auch per Seekabel in Richtung Skandinavien wird unser Stromnetz eher noch zuverlässiger machen.

    Zur Stabilisierung des Stromnetzes bieten sich viele interessante Technologien an, am schnellsten sind Batterie Speicher entweder auf AC Seite im Bereich Übertragungs Netz oder dezentral als Schwarmspeicher oder auf DC Seite direkt in PV oder Windpark integriert. Schwungradspeicher können dieses ergänzen. Auch Biogas Anlagen bieten flexibel betrieben große Chancen, das Biogas ist gut speicherbar. Letztlich Pumpspeicher kleine und große sowie weitere Technologien wie den Wärmespeicher oder Druckluft Speicher. Power2Gas ist eher für längere saisonale Speicherung interessant.

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Redaktion Energiezukunft

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