Intelligente Netze

Der Begriff "intelligente Netze", auch "Smart grid" bezeichnet, steht für eine Infrastruktur, die die Anforderungen an eine dezentral ausgerichtete und regenerativ geprägte Energieversorgung erfüllt. Es geht nicht nur um Leitungen und Kabel. Bayernwerk entwickelt ein Netzsystem, das aus zahlreichen technologisch anspruchsvollen Komponenten besteht, die ineinandergreifen müssen.

Wir stellen über unser Netz auch in den entlegensten Gebieten eine nahezu 100-prozentige Verfügbarkeit bereit. Das ist nur möglich, wenn die Technik auf der Höhe der Zeit ist.

Auf dem Weg zu Smart grid – die Herausforderung

Das Netz orientiert sich an den bislang gestellten Anforderungen: Strom wird von zentralen Kraftwerken zu den Abnehmern in die bayerischen Regionen transportiert und dort eine sichere Energieversorgung ermöglicht. Die Verbraucher agieren ohne nennenswerte Beeinflussung ihres Lastverhaltens: Sie verbrauchen Strom, wenn sie ihn benötigen. Die Netze sind so ausgelegt, dass ihre Kapazität dem Verbrauch entspricht. Wir halten unser Netz laufend in Stand, verkabeln Leitungen, modernisieren Anlagen und setzen Innovationen wie die zentrale Netzleitstelle um.

Die Anforderungen ändern sich: Wir haben ein modernes Netz zur Verteilung von Strom, benötigen aber ein Netz, das Strom nicht nur verteilen, sondern an unzähligen dezentralen Einspeisepunkten auch aufnehmen kann.
Dies ist erstens anspruchsvoll, denn es ändern sich die physikalischen Vorgänge im Netz. Der Strom fließt heute schon, und in Zukunft noch viel mehr, in unterschiedlichen Richtungen: im Netz gibt es Gegenverkehr. Im Netz brauchen wir immer stabile Spannungsverhältnisse, das stellt hohe Anforderungen an den Netzbetrieb. Zum zweiten gibt es bei dezentraler Einspeisung keine kontinuierlichen, verlässlichen und berechenbaren Stromzuflüsse. Der Zubau der regenerativen Energien erfolgt im Wesentlichen bei Photovoltaik, künftig auch bei Wind. Beide schwanken in der Erzeugung extrem. Jede Wolke, jeder Sonnenstrahl und jede Böe beeinflussen unmittelbar und schwer vorhersehbar die Einspeiseleistung. Drittens steigt die installierte Leistung der dezentralen Einspeiseanlagen so stark an, dass wir die Netzkapazitäten ständig erweitern müssen. Das trifft uns heute schon mit voller Wucht, insbesondere bei Photovoltaik. Über 210.000 EEG-Anlagen speisen in unser Netz ein. Ihre Leistung ist genauso hoch wie die installierte Photovoltaik-Leistung in den ganzen USA.

Laut Bayerischem Energiekonzept soll im Jahr 2021 die Hälfte des bayerischen Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien stammen, zu weiten Teilen aus Sonne und Wind. Es sieht für 2021 den Betrieb von rund 1.000 bis 1.500 Windrädern und eine installierte Photovoltaik-Leistung von 14.000 Megawatt vor. Ziemlich sicher ist, dass das Ziel des Freistaats, bis 2021 den Anteil der Erneuerbaren auf 50 Prozent zu heben, im Netz von Bayernwerk weitaus früher erreicht wird. Hier liegt der Anteil  heute schon bei 40 Prozent.

Die Herausforderungen meistern 

Um diese Herausforderung meistern zu können, müssen unterschiedliche technische Einheiten mit dem Stromnetz zusammenspielen. Das Ziel lautet, einen möglichst großen Anteil regenerativer Energien erzeugungsnah einzusetzen und die Netze stabil und sicher zu halten. Die wesentlichen Anforderungen sind:

• Die Netze müssen leistungsfähig genug sein, um die Energie aus dezentralen Erzeugungsquellen aufnehmen zu können.
• Das Netz muss die schwankende Einspeisung aus Wind und Photovoltaik beherrschen.
• Aufgrund der hohen und weiter steigenden Maximalleistung dezentraler Erzeugungsanlagen braucht es im Netzsystem Komponenten, die zur Entlastung der Netze beitragen können. Das Netz von morgen muss mit seinen Kapazitäten haushalten.
• Es gilt Steuermechanismen zu entwickeln, die die unterschiedlichen Komponenten optimal einsetzen und so möglichst viel regenerative Energie erzeugungsnah verwenden und die Netze stabil halten.

Forschungsprojekt "Netz der Zukunft"

Die Energiewende ist im Netz von Bayernwerk voll im Gange; viele Herausforderungen stellen sich schon heute. Aufgrund extrem hoher EEG-Einspeiseleistung in einzelnen Gebieten spiegeln sich sehr gut die künftigen Netzverhältnisse wider. Das haben wir genutzt und bereits vor zwei Jahren mit Partnern das Forschungsprojekt "Netz der Zukunft" und damit ein eigenes Labor eingerichtet. Das liefert wertvolle Grundlagenkenntnisse über das Innenleben der Stromnetze, über den Einsatz moderner Netzkomponenten, über die Kapazitäten und über die künftige Situation im Netz. Ganz aktuell erproben wir dort den "Regelbaren Ortsnetztrafo", der in der Lage ist, die Spannung an gezielten Netzpunkten zu beeinflussen. Diese Technologie eröffnet die Chance, in bestimmten Umfang auf einen Netzausbau zu verzichten und Erzeugungsanlagen schneller ans Netz zu bringen. Die Kenntnisse aus dem Projekt "Netz der Zukunft" sind hilfreich und wichtig zugleich.

Wir sind zudem an weiteren Forschungsprojekten beteiligt. So werden zum Beispiel Möglichkeiten zur Netzentlastung erforscht, Energiespeicher zum Einsatz gebracht und die optimale Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge getestet, um möglichst viel Sonne in den Tank zu bringen.

Die Netze entlasten

Stromerzeugung und Stromverbrauch müssen sich die Waage halten, kein leichtes Unterfangen. Beispiel Photovoltaik: Die installierte Leistung ist so hoch, dass zu sonnenintensiven Zeiten mehr Strom aus PV-Anlagen ins Nieder- und Mittelspannungsnetz eingespeist wird als verbraucht werden kann. Um das System im Gleichgewicht zu halten, muss das Netz von diesen überschüssigen Mengen entlastet werden, der überschüssige Strom also anderweitig Verwendung finden. Ideal ist der Einsatz von Speichertechnologien, die wir in einem Forschungsprojekt derzeit erstmals in Bayern in der Praxis erproben.

Das kann ein reiner Stromspeicher sein. Interessante Perspektiven bieten aber auch moderne Mini-Blockheizkraftwerke mit integrierten Wärmespeichern: kleine Kraftwerke für Häuser oder kommunale Anlagen. Sie basieren auf Erdgas und erzeugen vorwiegend dann Strom, wenn Photovoltaik oder Wind witterungsbedingt keinen oder einen geringen Beitrag zur Energieerzeugung leisten. Der aus Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte Strom findet dann lokal Abnehmer und muss nicht abtransportiert werden – der erste Schritt zur Netzentlastung. Bei sonnigen Wetterverhältnissen, die zu überschüssiger Energie im Netz führen, schalten wir eine elektrische Wärmeerzeugung zu, nehmen so Energie aus dem Netz und schaffen damit Kapazitäten für mehr regenerative Energien.

Ausbau der Netze

Wir bauen unsere Netzkapazitäten aus, um das Netz vor Überlastung zu schützen. Zudem errichten wir bis Ende nächsten Jahres dreizehn neue Umspannwerke. Diese Anlagen sind nötig, um überschüssige Energie, vorwiegend aus PV-Anlagen, vom Mittelspannungsnetz in die vorgelagerte Hochspannungsebene zu transportieren. Allein für den EEG-bedingten Netzausbau investieren wir 2012 rund 90 Millionen Euro.

Das Netz spielt eine zentrale Rolle für die Energiewende, die meistens über den Anteil der regenerativen Energien an der Stromerzeugung definiert wird. Regenerative, dezentrale Erzeugung braucht die Netze. Ohne ausreichende Kapazitäten und ohne Innovationen im Netz kommen die erneuerbaren Energien nicht in ihrer ganzen Breite zur Wirkung. Alles steht und fällt mit den Netzen. Deshalb arbeiten wir mit Hochdruck an der Integration von EEG-Anlagen, forschen an den entscheidenden Zukunftsthemen und kümmern uns um effiziente Netzstrukturen.