Wo die Energieversorgung der Zukunft gemacht wird

(Andreas T. Wolf)

Sind die Stromnetze wirklich der Flaschenhals der Energiewende? An der Hochschule Coburg arbeiten Prof. Dr. Bernd Hüttl und Prof. Dr. Christian Weindl an Lösungen mit dezentralen und intelligenten Systemen. Auch private Haushalte können dazu beitragen, dass die Energiewende gelingt. Die oberfränkische Region dient dabei als Testfeld.

Balkonkraftwerke werden immer beliebter: Sie sind einfach zu montieren und liefern Strom aus Sonnenenergie. Das entlastet nicht nur das Energienetz, sondern reduziert auch konkret die Stromkosten. Ein praktischer Ansatz, der Prof. Dr. Bernd Hüttl von der Hochschule Coburg fasziniert. Er beschäftigt sich in seiner Forschung und Lehre mit der regenerativen Energieversorgung und der Weiterentwicklung von Photovoltaik-Systemen sowie der Überwachung von PV-Anlagen an der Fakultät Elektrotechnik und Informatik (FEI): „Regenerative Energiesysteme müssen intelligent sein, da es einer ständigen Abstimmung der Energieflüsse durch das Einbinden von Kurz- und Langzeit-Energiespeichern und ein intelligentes Energiemanagement bedarf.“

Energiewende im Kleinen

Pro Balkonkraftwerk mit 2000 Watt Nennleistung im Jahr würden durchschnittlich etwa 1500 Kilowattstunden Energie erzeugt, was einer Stromkostenreduktion von etwa 400 Euro entspräche, rechnet Prof. Hüttl vor. Bei etwa 1,5 Millionen solcher Installationen in ganz Deutschland könne damit eine Netzentlastung von 0,5 Prozent und eine CO2-Einsparung von 750 Tonnen pro Jahr erreicht werden. Bei den marktüblichen Geräten mit bis zu 2000 Watt Leistung, würde jedoch so gut wie kein Strom ins Netz fließen: „Sie erhöhen im Wesentlichen den Autarkiegrad der Besitzer und sie senken den Netzbezug. Angenommen, die etwa 3000 in Coburg aufgebauten Balkonkraftwerke würden dennoch gleichzeitig ins lokale Niederspannungsnetz einspeisen, dann würde es das Netz verkraften.“ Die maximale Einspeiseleistung von Balkonkraftwerken ist gesetzlich auf 800 Watt begrenzt, die durch eingebaute Wechselrichter begrenzt werden.

Die größte Herausforderung für lokale Netze liege daher in der Koordination mehrerer, großer, gleichzeitig betriebener und dezentraler regenerativer Kraftwerke. Dafür brauche es Kommunikations- und Steuerungssysteme sowie einer Regulierung größerer PV- und Windkraftanlagen oder verbundener Speichersysteme. „Die Stromnetzbetreiber, bei uns also die SÜC, müssen die Netzstabilität und Versorgungssicherheit garantieren“, sagt Hüttl.

Warum Netze mitdenken müssen

Sobald Batteriespeicher hinzukommen, werden immer mehr automatisierte Steuerung und moderne Stromzähler benötigt. Mehr dezentral erzeugter Strom verlangt neben Netzausbau auch mehr Intelligenz im System. Das ist das Fachgebiet von Prof. Dr. Christian Weindl, ebenfalls von der Fakultät FEI. Zudem leitet er zusammen mit Prof. Dr. Hüttl das Institut für Hochspannungstechnik, Energiesystem- und Anlagendiagnose (IHEA). „Ich beschäftige mich mit der Frage, wie unsere Energieversorgung auch in Zukunft sicher, nachhaltig und wirtschaftlich funktionieren kann. Mein Ziel ist es, aus klassischen Stromnetzen flexible und intelligente Energiesysteme zu machen.“

Smart Grids sind Systeme, die Erzeugung, Verbrauch und Speicherung digital aufeinander abstimmen und Haushalte – mit zum Beispiel Batteriespeichern, Elektroautos oder Wärmepumpen – als künftige Teile des Energiesystems steuern können. „Intelligente Netze sorgen dafür, dass diese Komponenten optimal zusammenarbeiten und Strom dann genutzt wird, wenn er regional verfügbar ist. Die Energiewende ist eine der größten technischen und gesellschaftlichen Transformationsaufgaben unserer Zeit. Intelligente Stromnetze sind der Schlüssel, damit Versorgungssicherheit und Klimaschutz zusammen funktionieren.“

Dabei spielen auch andere Technologien, wie die Digitalisierung und Künstliche Intelligenz im gesamten System eine wichtige Rolle, damit Verbraucherinnen und Verbraucher von mehr Effizienz, Transparenz und geringeren Kosten profitieren. Früher floss Strom überwiegend zentral erzeugt in einer Richtung zum Verbraucher. Heute entstünden zunehmend Netze mit vielen Einspeisepunkten in beide Richtungen. Dadurch steige die Anforderungen an Netzführung, Regelungstechnik, Messsysteme und Prognoseverfahren erheblich, erklärt Weindl: „Das Stromnetz der Zukunft wird wesentlich datengetriebener und dynamischer arbeiten als heute.“

Coburg als Praxisfeld

Deshalb werden am IHEA Simulations- und Steuerungsverfahren entwickelt, mit denen sich dezentrale Energiesysteme stabil und effizient betreiben lassen. Die Erkenntnisse fließen dabei in Projekte mit Netzbetreibern, Unternehmen und Kooperationen in der Region. „Die Energiewende kann nur funktionieren, wenn Forschung, Wirtschaft, Kommunen und Energieversorger eng zusammenarbeiten. Gerade regionale Kooperationen ermöglichen es uns, wissenschaftliche Erkenntnisse direkt in konkrete Anwendungen zu überführen“, sagt Weindl.

Da im Coburger Raum ländliche und städtische Strukturen sowie unterschiedliche Netzsituationen und eine Offenheit für Innovation zusammentreffen, eignet er sich gut als Testfeld, um dezentrale Energiesysteme und teilautarke Quartierslösungen zu erproben. Die Energiewende entscheidet sich damit auch und vor allem auf Hausdächern, an Balkonen und in Verteilernetzen vor Ort. Dafür braucht es technische und gesellschaftliche Lösungen, Forschung und Menschen, die sie in die Praxis bringen.