Virtuelles Kraftwerk liefert zuverlässig Strom aus Erneuerbaren Energien
Die Energiewende stellt die Stromversorger vor eine große Herausforderung. Es gilt, trotz schwankender Strommengen aus Sonne und Wind ein stabiles Stromnetz bereitzustellen. Das kann ein Virtuelles Kraftwerk, wie Frauhofer-Forscher beweisen.
Durch ein Virtuelles Kraftwerk lassen sich Solar- und Windenergie optimal steuern. Dadurch lässt sich sogar ein Grundlastkraftwerk erreichen.
Foto: BMU / Brigitte Hiss
Die Energiewende kommt. Und das bedeutet, dass im Jahr 2050 die in Deutschland benötigte elektrische Energie zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen kommt. Also aus Sonne, Wind, Geothermie und Biomasse. Das große und bislang ungelöste Problem bei den erneuerbaren Energien und vor allem bei Sonne und Wind: Sie erzeugen die Energie nicht gleichmäßig.
Eine Photovoltaikanlage kann abends und in der Nacht überhaupt keinen Strom erzeugen, die Sonne scheint auch nicht immer gleichmäßig. Und beim Wind gibt es auch mal eine lange Flaute. Und genau diese Schwankungen dürfen im deutschen Stromnetz nicht ankommen. Denn alle elektrischen Geräte hierzulande sind auf einen Wechselstrom von 50 Hertz ausgelegt. Dieser Wechselstrom muss zu jeder Stunde, egal ob am Tage oder bei Nacht, im Netz bereitstehen. Und das funktioniert nur dann, wenn das Stromangebot genau der Stromnachfrage entspricht. Ist das Angebot größer als die Nachfrage, steigt die Frequenz an, ist das Angebot geringer als die Nachfrage, sinkt die Frequenz ab.
Furcht vor einem Blackout
Heute erledigen diesen Job die großen Kohlekraftwerke. Sie stellen zuverlässig die immer gleiche Strommenge als Grundlast bereit, die Spitzen in der Nachfrage lassen sich dann leicht durch die kleineren Kraftwerke abdecken. In der Zukunft müssen diesen Job kleine, dezentrale Kraftwerke erledigen. Dass dies trotz der Warnungen der großen Energiekonzerne vor einem Blackout möglich ist, haben jetzt Forscher des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel mit ihrem Forschungsprojekt Kombikraftwerk2 gezeigt. Dieses Kraftwerk bündelt die Energie vieler kleiner erneuerbarer Stromerzeuger und kann laut Fraunhofer ein großes konventionelles Kraftwerk reibungslos und ohne die gefürchteten Netzschwankungen ersetzen.
In der Modellregion Harz betreiben die IWES-Forscher seit 2011 ein virtuelles Kraftwerk. Sie haben dort 25 reale regenerative Anlagen mit einer Nennleistung von 120 Megawatt über das Internet und dazu als simulierte Speicher ein Pumpspeicherkraftwerk und Elektrofahrzeuge zusammengeschaltet. Das Ziel: Immer und zu jeder Zeit Wechselstrom von 50 Hertz mit der richtigen Spannung von 230 Volt ins Netz stellen zu können.
„Die Erneuerbaren müssen nicht nur genug Energie und Strom bereitstellen, sondern sie müssen auch die Netzdienstleistungen erfüllen. Das sind vor allem die Frequenz und die Spannungshaltung“, erklärt Kaspar Knorr, Leiter des Forschungsprojekts Kombikraftwerk2 am IWES. In ihrem virtuellen Kraftwerk arbeiten somit viele kleine Erzeuger zusammen. So lassen sich regionale Unterschiede bei Wind und Sonne durch regelbare Biogasanlagen ausgleichen.
Leitwarte im virtuellen Kraftwerk hat eine Doppelfunktion
In der Summe entsteht ein leistungsfähiges Netzwerk, das intern dezentral organisiert ist, aber an den Strombörsen wie ein großes Kraftwerk auftritt. Mit einer immerzu konstanten Frequenz von 50 Hertz. Die Leitwarte im virtuellen Kraftwerk hat zwei Aufgaben, damit das auch funktioniert. Sie verwaltet als Energieanlagenmanager alle 25 im virtuellen Kraftwerk zusammengeführten Anlagen. In der Praxis steuert die Leitwarte also die von den einzelnen Kraftwerken produzierte Menge Strom. Gleichzeitig tritt sie am Markt als Poolkoordinator auf und vermarktet die erzeugte Energie.
In einem Testzentrum des IWES’ in der Nähe von Kassel erproben die Forscher ein Kombikraftwerk. Dazu haben sie mehrere Photovoltaik-, Wind- und Biogasanlage zu einem Kombikraftwerk zusammengeschaltet. Die einzelnen Anlagen lassen sie dabei nicht mit Volllast laufen, sondern lassen sie nur die Regelleistung liefern. So können sie bei höherer Nachfrage schnell und flexibel reagieren. Weht gerade eine steife Brise, verstellen sie den Winkel der Rotoren der Windanlagen und liefern so den benötigten Strom. Knallt gerade bei Flaute die Sonne, lassen sie mehr Strom der Solaranlagen in ihr Kombinetz. Und abends und des Nachts liefern die Biogasanlagen den notwendigen Strom.
Ein stabiles Stromnetz allein mit den Erneuerbaren ist machbar
„Schon heute können die Erneuerbaren durch ihren dezentralen Charakter und innovative Entwicklungen dazu beitragen, das Stromversorgungsystem zu stabilisieren“, betont Knorr. „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.“
Auf der Hannover Messe vom 8. bis 12. April 2013 in Halle 27 bekennen die IWES-Forscher Farbe und stellen ihr Kombikraftwerk2 den Besuchern vor. Insgesamt ist das Forschungsprojekt auf drei Jahre angelegt. Das Bundesumweltministerium fördert das Projekt mit rund 1,8 Millionen Euro. Dr. Kurt Rohrig, stellvertretender Leiter des IWES-Instituts, ist sich seiner Sache sicher: „Unser Praxistest wird zeigen, dass eine Vollversorgung mit Erneuerbaren Energien realistisch ist und dass auch bei Flaute nicht die Lichter ausgehen.“
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