Wie funktioniert das Stromnetz heute und in Zukunft?

Summary

Das Combined Power Plant 2 Projekt untersucht, wie ein reines erneuerbares Energiesystem die Stabilität des Stromnetzes in der Zukunft gewährleisten kann. Es werden innovative Lösungen zur Frequenz- und Spannungsregelung, Netzengpassbewältigung sowie zur Wiederherstellung der Stromversorgung bei Ausfällen entwickelt. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Nutzung von Wind-, Solar- und Biogasanlagen sowie neuen Speichermethoden wie Power-to-Gas. Ziel ist es, zu beweisen, dass erneuerbare Energien die traditionellen Stromquellen ersetzen und das Netz zuverlässig und stabil betreiben können.

Takeaways

• 😀 Die Elektrizität in Deutschland wird über ein umfassendes, miteinander verbundenes Stromnetz verteilt, das alle Verbraucher und Produzenten einschließt.
• 😀 In Zukunft wird die Stromversorgung vorwiegend durch erneuerbare Energien erfolgen, was neue Herausforderungen für die Netzstabilität mit sich bringt.
• 😀 Um eine stabile Frequenz von 50 Hz aufrechtzuerhalten, müssen Produktion und Verbrauch von Elektrizität genau aufeinander abgestimmt werden.
• 😀 Bei unvorhergesehenen Ereignissen oder Fehlerprognosen müssen Netzbetreiber Steuerleistung bereitstellen, die derzeit hauptsächlich von Kohle- und Gaskraftwerken kommt.
• 😀 Erneuerbare Energien wie Windkraft, Solarenergie und Biogas können ebenfalls Steuerleistung liefern, indem sie ihre Leistung anpassen oder drosseln.
• 😀 Konventionelle Kraftwerke bieten durch ihre mechanische Trägheit eine Stabilisierung der Netzfrequenz, was bei erneuerbaren Quellen wie Wind- und Photovoltaikanlagen noch nicht gegeben ist.
• 😀 Biogasanlagen und moderne Windkraftanlagen mit elektronischer Trägheit sind gut geeignet, um auch ohne konventionelle Kraftwerke die Netzfrequenz stabil zu halten.
• 😀 Die Spannung im Stromnetz muss konstant gehalten werden, auch wenn Strom über große Entfernungen transportiert wird. Dies geschieht durch die Einspeisung von Blindleistung, die zukünftig durch erneuerbare Energiequellen erfolgen kann.
• 😀 Um Netzengpässe zu vermeiden, sind leistungsstärkere Leitungen erforderlich, sowie Maßnahmen zur intelligenten Steuerung der Stromproduktion und -nachfrage.
• 😀 Bei einem Stromausfall muss das Netz durch sogenannte Black-Start-fähige Anlagen wieder aufgebaut werden, die ohne externen Strom starten können. Dies wird in einem erneuerbaren Netz durch lokale Anlagen erfolgen, die das Netz wieder hochfahren.
• 😀 Das Projekt Combined Power Plant 2 untersucht und demonstriert, wie ein Stromnetz, das vollständig auf erneuerbaren Energien basiert, die nötigen Systemdienste wie Frequenz- und Spannungsstabilität, Netzengpassmanagement und die Wiederherstellung der Stromversorgung leisten kann.

Q & A

Wie wird Strom in Deutschland erzeugt und verteilt?

Strom wird in Deutschland durch verschiedene Energiequellen wie Kohle, Kernkraft, Gas und zunehmend erneuerbare Energien erzeugt. Dieser Strom wird in ein umfassendes, miteinander verbundenes Netz eingespeist, das Verbraucher, Industrie und Haushalte miteinander verbindet.

Was sind die technischen Anforderungen für den Stromtransport im Netz?

Damit das Netz funktioniert, müssen technische Spezifikationen wie die richtige Frequenz (50 Hz) und Spannung (230 V am Endverbraucher) eingehalten werden. Der Strom wird mit bis zu 380.000 Volt über weite Entfernungen transportiert und auf 20.000 Volt reduziert, bevor er den regionalen Verbrauchern zur Verfügung gestellt wird.

Warum ist die Netzfrequenz von 50 Hz so wichtig?

Die Netzfrequenz von 50 Hz muss stabil bleiben, um Schäden zu vermeiden und das Netz funktionsfähig zu halten. Eine stabile Frequenz wird erreicht, indem die Stromproduktion genau mit dem Verbrauch in Einklang steht.

Welche Rolle spielen konventionelle Kraftwerke im heutigen Netzbetrieb?

Konventionelle Kraftwerke wie Kohle- und Gaskraftwerke werden genutzt, um die Netzfrequenz zu stabilisieren und Kontrollkraft bereitzustellen. Diese Kraftwerke können ihre Leistung schnell anpassen, um unvorhergesehene Schwankungen auszugleichen.

Wie können erneuerbare Energien zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen?

Erneuerbare Energien wie Wind- und Solaranlagen können zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen, indem sie ihre Leistung flexibel anpassen, um die Kontrolle über die Frequenz zu unterstützen. Auch Biogas- und Pumpspeicherkraftwerke können bei der Bereitstellung von Kontrollkraft helfen.

Was versteht man unter der 'Systemträgheit' im Stromnetz?

Systemträgheit bezieht sich auf die Fähigkeit von Maschinen, die direkt mit dem Netz verbunden sind, wie bei konventionellen Kraftwerken, die bei Frequenzabweichungen eine stabilisierende Wirkung ausüben. Erneuerbare Energien wie Windkraftanlagen müssen diese Funktion in der Zukunft durch elektronische Integration der Trägheit der Rotoren übernehmen.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Spannungskontrolle im Stromnetz der Zukunft?

Die Spannungskontrolle wird künftig schwieriger, da viele erneuerbare Energien in kleineren Netzbereichen wie dem Mittel- und Niederspannungsnetz eingebunden sind. Dies erfordert neue Technologien zur reaktiven Leistungssteuerung und mögliche Kompensation durch externe Systeme.

Was sind Netzengpässe und wie können diese im Stromnetz verwaltet werden?

Netzengpässe entstehen, wenn die Stromproduktion in einer Region den Bedarf übersteigt und die Stromleitungen nicht ausreichend Kapazität bieten. Um Engpässe zu vermeiden, werden leistungsstärkere Leitungen benötigt, und es werden Maßnahmen zur Steuerung und Verteilung der Last ergriffen.

Was ist die 'Black-Start-Fähigkeit' im Stromnetz?

Die Black-Start-Fähigkeit bezeichnet die Fähigkeit von Kraftwerken, das Netz nach einem großflächigen Ausfall eigenständig wieder zu starten, ohne externe Stromquelle. Zukünftig wird dies durch erneuerbare Energiequellen in regionalen Netzen realisiert, die nach einem Ausfall die Wiederherstellung des Systems ermöglichen.

Wie plant das Combined Power Plant 2 Projekt, die Zukunft des Stromnetzes zu untersuchen?

Das Combined Power Plant 2 Projekt untersucht, wie ein rein erneuerbares Energiesystem stabil betrieben werden kann. Es werden verschiedene Szenarien simuliert, um zu ermitteln, wie Erneuerbare Energien kontrollierte Leistung bereitstellen, das Netz stabilisieren und die Black-Start-Fähigkeit gewährleisten können.