Das virtuelle Kraftwerk – stabiler Strom aus Erneuerbaren Energien

Wie mit Erneuerbaren Energien die Stromversorgung ohne erhöhtes Risiko für ein Blackout heute und in Zukunft möglich ist, zeigt das Forschungsprojekt Kombikraftwerk2. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel stellen das Projekt auf der Hannover Messe vom 8.-12. April 2013 (Halle 27, Stand N71) vor.

»Jede Energiequelle – sei es Wind, Sonne oder Biogas – hat ihre Stärken und Schwächen. Wenn wir die unterschiedlichen Charaktere der regenerativen Energien geschickt kombinieren, können wir die Stromversorgung in Deutschland sicherstellen«, prognostiziert Dr. Kurt Rohrig, stellvertretender Institutsleiter des IWES. Das Kombikraftwerk zeigt: es ist technisch möglich, dass jeder einzelne Produzent seinen Strom ins Netz einspeisen kann und das Netz dabei stabil bleibt. Damit das funktioniert haben IWES-Forscher und Kollegen vom Siemens-Konzern in der E-Energy-Initiative des Bundes eine Softwareplattform entwickelt, mit der nach dem Motto »gemeinsam sind wir stark« viele kleinere Erzeuger zusammen als »virtuelles Kraftwerk« agieren können.

Virtuelles Kraftwerk im Praxistest:

Seit Januar 2011 erproben die Forscher in der Regenerativen Modellregion Harz (RegModHarz) ein solches Kraftwerk – mit sehr guten Ergebnissen. Sie haben hier 25 Anlagen mit einer Nennleistung von 120 Megawatt über das Internet und als simulierte Speicher ein Pumpspeicherkraftwerk und Elektrofahrzeuge zusammengeschaltet. Eine zentrale Steuerung sorgt dafür, dass die Nachteile der erneuerbaren Energien gemildert werden. Denn die Sonne scheint nicht immer, und auch der Wind weht nicht kontinuierlich. Wenn aber viele kleine Erzeuger zusammenarbeiten, kann man regionale Unterschiede bei Wind und Sonne durch das Stromnetz oder regelbare Biogasanlagen ausgleichen. Weiter lässt sich überschüssiger Strom speichern oder in Wärme umwandeln. Es entsteht ein leistungsfähiges Netzwerk, das dezentral organisiert ist, aber nach außen hin – etwa an Strombörsen – als größere Gesamtheit auftreten kann. Damit das funktioniert, übernimmt die Leitwarte zwei Rollen gleichzeitig: Als »Energieanlagenmanager« verwaltet und überwacht sie die im virtuellen Kraftwerk zusammengeführten Anlagen. Und als »Poolkoordinator« vermarktet sie gleichzeitig die erzeugte Energie. Die Software des virtuellen Kraftwerks aus dem Harz wird für das Kombikraftwerk2 teilweise übernommen und um Netzstabilisierungsfunktionen erweitert.

Erneuerbare Energien können das Netz stabilisieren

An manchen Tagen des Jahres übernimmt die Elektrizitätserzeugung aus Sonne, Wind, Biomasse, Wasser und Geothermie bereits heute in Deutschland schon mehr als die Hälfte der anfallenden Last. »Dass der Strom auch künftig zuverlässig mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz beim Nutzer ankommt, dieser Herausforderung müssen sich die Erneuerbaren künftig stellen«, sagt Kaspar Knorr, Leiter des Forschungsprojekts Kombikraftwerk2 am IWES. Die erneuerbaren Energiequellen müssen auch vermehrt zu den Systemdienstleistungen beitragen. Im bisherigen, auf wenige zentrale Produzenten ausgelegten System sorgten vor allem konventionelle Kraftwerke für diese Voraussetzungen. Wie das Stromversorgungssystem der Zukunft aussehen und wie die einzelnen Anlagen über Deutschland verteilt sein könnten, modellieren die Wissenschaftler detailliert in ihrem Projekt. Sie ermitteln auch den Bedarf an Systemdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungshaltung, Schwarzstartfähigkeit und Momentanreserve, damit der erneuerbare Strom stabil beim Verbraucher ankommt.

»Schon heute können die Erneuerbaren durch ihren dezentralen Charakter und innovative Entwicklungen dazu beitragen, das Stromversorgungsystem zu stabilisieren. Wir können mit dem Kombikraftwerk2 zeigen, vor welchen Veränderungen unsere Stromversorgung steht. Und wir demonstrieren, wie die Erneuerbaren diese Aufgabe meistern und auch in Zukunft für stabilen Strom sorgen können«, betont Knorr.

Forschungsprojekt und Partner:

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt »Kombikraftwerk2« untersucht, wie ein rein regeneratives Stromversorgungssystem funktionieren könnte und welchen Bedarf es an Systemdienstleistungen geben wird. Zugleich ermitteln die Experten Möglichkeiten, wie die Anlagen für erneuerbare Energien diese zur Netzstabilität notwenigen Dienstleistungen erbringen können. Die Lösungsansätze werden an realen Anlagen untersucht. Die Partner des Konsortiums sind: CUBE Engineering GmbH, Deutscher Wetterdienst, ENERCON GmbH, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), ÖKOBIT GmbH, Fachgebiet Elektrische Energieversorgung der Leibniz Universität Hannover, Siemens AG, SMA Solar Technology AG, SolarWorld AG und die Agentur für Erneuerbare Energien. Das Projekt wird vom Bundesumweltministerium gefördert und schließt an das schon 2007 begonnene Projekt Kombikraftwerk1 an, das unter anderem die Machbarkeit einer vollständig auf regenerativen Quellen aufbauenden Stromversorgung aufzeigte.

Ein aktueller Film zum Forschungsprojekt Kombikraftwerk2 zeigt die technischen Bausteine und Herausforderungen für eine stabile rein regenerative Stromversorgung.