Systemstabilität

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Die Stabilität des elektrischen Energiesystems wird durch das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch bestimmt. Da im elektrischen System Strom nicht bzw. nur in sehr geringen Mengen gespeichert werden kann, müssen Erzeugung und Verbrauch in engen Grenzen ausbalanciert werden. Das geschieht in Systemen mit hohem Anteil erneuerbarer Erzeugung in der Reihenfolge der Bedeutung durch folgende Effekte bzw. Maßnahmen:
1. zuschaltbare Lasten in unmittelbarer Nähe der Erzeugung zur Gewinnung langfristig speicherbarer Energieträger (Verbundkraftwerke)
2. den statistischen zufälligen Ausgleich der Lasten untereinander
3. dem wetterbedingten zufällige Ausgleich der Erzeugung erneuerbarer Energie über große Flächen
4. Die Ausrüstung von Erzeugern mit Frequenzmessung, welche die Erzeugungsleistung steuert. Die Netzfrequenz ist bekanntlich ein idealer Kennwert für das aktuelle Netzgleichgewicht. Ein solcher Weg wurde 2012 in Deutschland bereits bei Solaranlagen beschritten, um das berühmte 50,2-Hz-Problem zu lösen. Die Ausrüstung von PV-Anlagen mit einer Steuerung, welche die Einspeisung bei 50,2 Hz allmählich sanft drosselt stellt seitdem an sonnigen Tagen sicher, daß die Netzfrequenz sich bei maximal 50,2 Hz einstellt, übrigens absolut unabhängig von IT-Systemen.
5. Die Ausrüstung von Verbrauchern mit Frequenzmessung, analog 4. Hier kämen insbesondere Leuchten in Frage, welche ihre Lichtstärke leicht anpassen können, aber auch Heizungen, Wärmepumpen, Entwässerungspumpen, Kühlaggregate u.v.a.m. Die Regelung ihrer Leistung in Abhängigkeit der Netzfrequenz ist dabei sicherer als smart-Metering, welches aber zusätzlich zum Einsatz kommen könnte.
6. negative und positive Regelleistung, d.h. jederzeit verfügbare zusätzliche Erzeugungsleistung bzw. kurzfristige Speicher wie Akkumulatoren und Pumpspeicher
7. Im Stromsystem vorhandene mechanische Trägheiten (rotierende Massen von Motoren und Generatoren)
8. Im Stromsystem vorhandene elektrische Trägheiten (Induktivintät bzw. Kapazität von Wicklungen bzw. Kabeln)

Das wichtigste Element der Systemstabilität bei hohen Anteilen erneuerbarer Energieerzeugung sind die zuschaltbaren Lasten in der Nähe der erneuerbaren Stromerzeugung. Sie erlauben es, die Fluktuationen der Erzeugung abzufangen, so daß für das Stromnetz bedarfsgerecht und gleichmäßig Energie bereitgestellt werden kann.
Gleichzeitig werden diese zuschaltbaren Lasten ohnehin benötigt, um speicherbare Energieträger für Mobilität und Wärme zu gewinnen, d.h. im wesentlichen Wasserstoff und Warmwasser.
Die elektrische Verbindung zwischen der Stromerzeugung und den zuschaltbaren Lasten sollte möglichst kurz und nicht redundant sein, um Kosten zu sparen, d.h. in der Regel ohne Ausbau der öffentlichen Netzes erfolgen. Ein solcher Ausbau wäre für die geringen Auslastungen im Bereich von 500 – 1500 Std. pro Jahr wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Zwischen Stromerzeugung und zuschaltbaren Lasten wird eine direkte, stabile und sichere Steuerleitung benötigt, um die erforderliche Regelgeschwindigkeit herzustellen. Eine Anbindung über das Internet ist nicht hinreichend. Selbst eine Standleitung wäre im Falle eines Totalen Spannungsausfalls (Blackout) nicht mehr mit Energie versorgt, so daß eine Wiederinbetriebnahme der Anlagen unmöglich wäre.
Es bestehen theoretisch zusätzlich aktive Möglichkeiten, weitere herkömmliche Verbraucher als oben unter 5. genannt zu steuern und so ihre Last an das Energieangebot anzupassen. Diese heute im Zusammenhang mit smart-Metering und smart-grid oft genannten Lösungsansätze sind eigentlich nicht erforderlich, denn o.g. acht Punkte stellen das Netzgleichgewicht bereits her. Inwieweit es auf dem Gebiet der smart-Meter Fortschritte geben wird kann also dahingestellt bleiben. Heute sind die meisten damit im Zusammenhang stehenden Fragen jedoch ungelöst. Insbesondere offen ist die Frage der IT-Sicherheit, und zwar nicht nur im Hinblick auf Hackerangriffe, sondern auch die IT-Sicherheit der Systeme an sich ist weder erprobt noch nachgewiesen.