Der Ausbau der Erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren, insbesondere der Ausbau der Windenergieerzeugung, stellt die regionalen 110-kV-Verteilungsnetze und die 220/380-kV-Übertragungsnetze vor große Herausforderungen. Aufgrund von Kapazitätsengpässen der Netze ist bereits aktuell nicht mehr gewährleistet, dass der EE-Strom zu jeder Zeit vollständig abgenommen und übertragen werden kann. Mit dem weiteren Zubau an Erneuerbaren Energien, die bis 2020 mehr als 35 Prozent des Stromverbrauchs im Jahr abdecken sollen, werden diese Netzengpässe voraussichtlich weiter zunehmen. Die Planung und Genehmigung von Freileitungstrassen zur Erweiterung der Netzkapazität öffentlicher Netze zur Integration von Erneuerbaren Energie, zu der Netzbetreiber durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz verpflichtet sind, erstreckt sich allerdings häufig über mehrere Jahre. Der Netzausbau kann dadurch in vielen Fällen nicht mit der Dynamik des Zubaus an EE-Leistung mithalten. Der Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) beauftragte Ecofys mit einer Kurzstudie zu den technischen Rahmenbedingungen von Einspeisenetzen. Die Ergebnisse der Studie stellte der BWE am Rande der Hannover Messe 2012 vor.
In recent years, electricity production from distributed renewable energy generators in Germany increased significantly due to the German Renewable Energy Sources Act. Photovoltaic power plants have shown the highest growths rates in 2009 and 2010. About two thirds of photovoltaic power plants in Continental Europe are connected to low voltage networks. Related grid codes allow for distributed generation only to operate within frequency ranges that are in many cases extremely close to nominal frequency. At an abnormal system condition the frequency of a region may increase above those thresholds and distributed generators would disconnect within immediately. The paper investigates the related potential frequency stability problem and analyses mitigation measures.
Im nachhaltigen Energiesystem der Zukunft wird die Stromerzeugung regenerativ, und zwar zum überwiegenden Teil durch fluktuierende Energieträger wie Wind und Sonne bereitgestellt werden. Es muss daher damit gerechnet werden, dass die Schwankungen in der Stromerzeugung zukünftig deutlich zunehmen. Um das Stromsystem zu stabilisieren, werden alle denkbaren Ausgleichsoptionen eingesetzt werden müssen, also neben der direkten Speicherung von Strom und dem verbesserten Transport durch Netzausbau auch die indirekte Speicherung (Stichwort: Power-to-X), aber eben auch die Anpassung der Stromnachfrage an das Angebot.
Großverbraucher von Strom wie in der energieintensiven Industrie werden Strom nicht mehr nur entsprechend ihres Bedarfs beziehen, sondern sollten sich, wenn möglich, auf einen zumindest teil-flexibilisierten Strombezug einstellen.
Eine solche Vorbereitung geschieht für einen Standort der Aluminium-Industrie in Essen, wo eine von drei Aluminium-Elektrolysen der Firma TRIMET Aluminium SE durch Umrüstung der bestehenden Anlage flexibilisiert wird. Die Leistung der Anlage kann dann um ca. 25 Prozent variiert werden; das entsprechend bereitgestellte Speicherpotenzial soll einen Umfang von rund 1.000 MWh erreichen (in etwa die Größenordnung eines mittelgroßen Pumpspeicherkraftwerkes).
Die Umrüstung wird von drei Lehrstühlen (Automatisierungstechnik/Informatik; Werkstofftechnik; Strömungsmechanik) der Bergischen Universität Wuppertal sowie dem Light Metals Reseach Centre der Universität Auckland messtechnisch unterstützt. Die Forschungsgruppe Zukunftsfähige Energie- und Mobilitätsstrukturen des Wuppertal Instituts gibt mit der wissenschaftlichen Begleitforschung den Rahmen: - Wie hoch wird der tatsächliche Bedarf an Flexibilität im Stromsystem der Zukunft ausfallen? - Welche der verschiedenen Ausgleichsoptionen (Netzausbau, direkte und indirekte Speicherung von Strom, Flexibilität) ist zu welchem Zeitpunkt die günstigste? - Wie hoch ist das Flexibilitäts-Potenzial der energieintensiven Industrie insgesamt und der Aluminium-Industrie als Teilmenge? Wie ändert sich dieses Potenzial unter den Randbedingungen der Energiewende (Stichwort: Dekarbonisierung der Industrie)? - Wie müssen die Rahmenbedingungen gestaltet werden, damit das Flexibilitätspotenzial industrieller Prozesse auch gehoben werden kann? - Welche eventuellen Rückwirkungen sind auf die industriellen Prozesse zu berücksichtigen; etwa Einbußen in der Effizienz?
Zur Beantwortung dieser und ähnlicher Fragestellungen wird unter anderem auf das umfangreiche Instrumentarium des Wuppertal Instituts zur Modellierung zukünftiger Energie- und Stromsysteme zugegriffen bzw. werden die bestehenden Modelle erweitert und ausgebaut. (Text gekürzt)