München/Pforzheim, 20. April 2022: Fossile Groß- und Kernkraftwerke stabilisieren bislang das Stromnetz – mit der Energiewende wird sich das ändern. Schon Ende 2022 soll der letzte Atommeiler in Deutschland vom Netz gehen. Voraussichtlich 2030 folgt der Kohleausstieg. Bis zum Ausbruch des Krieges in der Ukraine galten Gaskraftwerke als Brückentechnologie. Doch jetzt wird klar: Diese Strategie muss überdacht werden. Neben dem weiteren massiven Zubau erneuerbarer Energien müssen wir den Einsatz von netzbildenden Wechselrichtern, Speichertechnologien und weiteren Flexibilitäts-potenzialen erheblich ausweiten, um die Netze in Zukunft zu stabilisieren. Welche Rolle Wechselrichter dabei übernehmen können und wohin die Entwicklung bei den zukünftigen Stromnetzen geht, präsentiert die EM-Power Europe, die internationale Fachmesse für Energiemanagement und vernetzte Energielösungen, im Rahmen von Europas größter energiewirtschaftlichen Plattform The smarter E Europe vom 11. bis 13. Mai 2022 in München.
Lebensmittel im Kühlschrank lagern, im Internet surfen, das Licht anschalten: Dass Strom in unbegrenztem Maße jederzeit verfügbar ist, ist für uns selbstverständlich. Doch Stromnetze sind fragil. Idealerweise hat der Strom, der durch die elektrischen Leitungen in Europa fließt, eine sinusförmige Wechselspannung mit einer fast gleichbleibenden Frequenz von 50 Hertz. Synchrongeneratoren in Groß- und Kernkraftwerken sichern diese Wechselspannung: Durch ihre rotierenden Massen bringen sie Trägheit ins Stromsystem. So wie die Geschwindigkeit eines schweren Güterzugs nicht stark beschleunigt oder abgebremst werden kann, sorgt diese Trägheit dafür, dass sich die Frequenz im Stromnetz nur relativ langsam ändert – und hält sie auf diese Weise stabil.
Netzbildende Wechselrichter stellen Momentanreserve bereit
In der Praxis heißt das: Steht zu wenig Strom im Netz zur Verfügung, gleicht die sogenannte Momentanreserve diesen Rückstand aus, bis Schutzmaßnahmen greifen, zum Beispiel bis Regelenergie bereitgestellt wird. Fällt dieser Puffer im europäischen Verbundsystem – im Zuge der Energiewende – weg, steigt die Störanfälligkeit der Stromversorgung. „In den kommenden Jahren brauchen wir ein hohes Maß an Innovationskraft und Tempo, denn große Kernenergieanlagen, die bei der Spannungs- und Frequenzhaltung unterstützten, fallen 2023 weg. All das müssen die Techniker und das System in sehr kurzer Zeit bewerkstelligen. Ab 2030 folgt dann der Kohleausstieg. Auch dann stehen technische Fragen im Raum, etwa die Problematik der Spannungshaltung“ , sagt Thomas Dederichs, Leiter Energiepolitik bei Amprion.
Helfen können hier in Zukunft netzbildende Wechselrichter. Wechselrichter wandeln Gleich- in Wechselstrom um und speisen in der Regel Strom in der Frequenz ein, die das bestehende Netz vorgibt. Die netzbildenden Wechselrichter sind so konzipiert, dass sie zur Drehspannungsquelle für Netze werden: Sie reagieren kurzfristig auf den Bedarf des Netzes und stellen Momentanreserven bereit – ähnlich wie Synchrongeneratoren in herkömmlichen Groß- und Kernkraftwerken.
„Netzbildende Umrichter spielen eine zentrale Rolle für unser zukünftiges Stromnetz mit erneuerbaren Energien“, sagt Prof. Christof Wittwer, Leiter des Bereichs Leistungselektronik, Netze und Intelligente Systeme am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). „Die Netzstabilität wird zunehmend durch netzbildende Umrichter erbracht, die bislang von Großkraftwerken und ihren rotierenden Massen bereitgestellt wurden. Am Fraunhofer ISE entwickeln und evaluieren wir diese zukunftsfähigen Umrichter (GFC), die auch in Speicheranlagen zum Einsatz kommen sollen".
Europäische Hersteller können internationale Standards setzen
Aktuell verfügen europäische Hersteller von Umrichtern laut Wittwer bereits über das notwendige Know-how, um die technischen Anforderungen an tragfähige Lösungen für netzbildende Wechselrichter zu erproben – und um international technische Standards zu setzen. Neben dem Einsatz im Bereich der regenerativen Energie wie Solar- oder Windenergie wird die Entwicklung von Umrichtern für Stromspeicher immer wichtiger: Der Speicher-Boom hält an, hybride Kraftwerks- und Speicherkonzepte sind bereits in der Umsetzung. Auch batterieelektrische Autos könnten künftig die Funktion eines Speichers mit netzbildenden Wechselrichtern übernehmen. „Speicher sind ein unverzichtbarer Teil der Energiewende. Sie sorgen dafür, dass beispielsweise Solar- oder Windstrom rund um die Uhr zur Verfügung steht“, sagt Robert Busch, Geschäftsführer des Bundesverbands Neue Energiewirtschaft (bne). „Neben der Bereitstellung der Momentanreserve können hybride Kraftwerks- und Speicherlösungen dabei unterstützen, Schwankungen in der Leistungseinspeisung oder Abweichungen der Netzspannung auszugleichen.“
Neue Energieanlagen brauchen netzbildende Wechselrichter
Damit netzbildende Wechselrichter schnell für die Vollendung der Energiewende zu Verfügung stehen, haben Wissenschaftler des Projekts VerbundnetzStabil verschiedene Geräte und Algorithmen für netzbildende Wechselrichter entwickelt und getestet, um die neue Technologie fit für die Zukunft zu machen. Dr. Sönke Rogalla, Leiter der Abteilung Leistungselektronik und Netzintegration am Fraunhofer ISE und Koordinator von VerbundnetzStabil: „Unsere Untersuchungen zeigen: Die Umstellung von Synchrongeneratoren auf netzbildende Wechselrichter funktioniert. Mit unseren Prüfverfahren wollen wir der Branche für die anstehende Markteinführung von netzbildenden Wechselrichtern eine Hilfestellung bei der technischen Bewertung geeigneter Geräte geben.“ Um die Energieversorgung mit Unterstützung netzbildender Wechselrichter in großem Stil zu gewährleisten, müsse in naher Zukunft mit dem Testbetrieb im realen Netz begonnen werden.
Die EM-Power Europe 2022 zeigt wohin es geht
Wie erneuerbare Energien in Kombination mit netzbildenden Wechselrichtern, Speichern und weiteren Flexibilitätsoptionen im Stromnetz der Zukunft die Netzstabilität gewährleisten können, zeigt die EM-Power Europe: Die Aussteller der internationalen Fachmesse für Energiemanagement und vernetzte Energielösungen präsentieren technologische Lösungen und Services auf dem Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung. So stehen die Fragen, wie sich die Erneuerbaren ins Stromnetz integrieren lassen, wie die Netzstabilität gewährleistet werden kann und welche Rolle dabei „Smart Grids“, also intelligente Stromnetze, spielen, im Fokus der EM-Power Europe und der begleitenden EM-Power Europe Conference. Die Fachkonferenz startet einen Tag vor Messebeginn und findet am 10. und 11. Mai 2022 im ICM – Internationales Congress Center München statt. Die Energiefachmesse ist Teil der Innovationsplattform The smarter E Europe, die für die Dezentralisierung, Digitalisierung und Sektorenkopplung steht und sich für eine zukunftsträchtige und nachhaltige Versorgung mit erneuerbarer Energie stark macht.
Die EM-Power Europe sowie die Parallelveranstaltungen Intersolar Europe, ees Europe und Power2Drive Europe finden vom 11. bis 13. Mai 2022 im Rahmen der Innovationsplattform The smarter E Europe auf der Messe München statt.
Bildquelle: © Solar Promotion GmbH
