Netzstabilität im Stromnetz

Wenn wir morgens aufstehen, schalten wir das Licht an, kochen einen Kaffee und backen Brötchen auf. Wie selbstverständlich funktionieren Beleuchtung, Kaffeemaschine, Backofen und weitere Geräte, also alle Stromverbraucher zuverlässig. Der Strom kommt ja aus der Steckdose! Doch woher bekommt die Steckdose den Strom und wer sorgt für die Stabilität der Stromversorgung?

Der Strom fließt durch ein flächendeckendes Verbundnetz. Daran sind Haushalte, Industrie und Gemeinden auf der einen Seite angeschlossen, und auf der anderen Energieerzeuger, die den Strom einspeisen wie Kohle-, Gas- und Atomkraftwerke, Wind-, Wasserkraft- und Photovoltaikanlagen.

Von 380.000 runter auf 230 - Der Strom fließt über ein Hochspannungsnetz mit bis zu 380.000 Volt in ein Mittelspannungsnetz in den Regionen mit nur noch 20.000 Volt, um dann mit 230 Volt aus der deutschen Steckdose zu kommen. Das in Europa gängige Stromsystem nennt sich Wechselstromnetz mit einer Frequenz von 50 Hz. Das heißt, dass die Polarität des Stromes 50-mal in der Sekunde wechselt. Schon eine geringfügige Abweichung von diesen Werten kann zu einer Beschädigung der angeschlossenen Geräte oder gar zum Zusammenbruch des Stromnetzes führen.

Strom muss genau in dem Moment verbraucht werden, in dem er erzeugt wird: das fordert die Physik. Um Angebot und Nachfrage genau im Gleichgewicht zu halten, gibt es Regeln. Die Energieversorger müssen sog. Systemdienstleistungen erbringen. Neben Frequenzhaltung, Spannungshaltung, Netzengpassmanagement spielt der Versorgungswiederaufbau eine wichtige Rolle.

Früher war alles besser … Es war sicher nicht alles besser aber einfacher. Sobald im Tagesverlauf der Strombedarf zunahm, wurde die Leistung konventioneller Großkraftwerke erhöht. Ebenso wurde die Stromerzeugung gedrosselt, wenn der Bedarf abnahm. Vereinfacht gesagt, war es das.

Mehr Vielfalt mit regenerierbaren Energien - Heute liegt die Herausforderung darin, neue Energiequellen in das Stromnetz einzubinden. Anlagen für regenerierbare Energien müssen in ihrer Leistung intelligent an den Bedarf angepasst werden. Schwer zu steuernde private Stromerzeuger wie Photovoltaikanlagen müssen ebenso berücksichtig werden wie Blockheizkraftwerke. Wetterbedingungen nehmen starken Einfluss auf die Auswahl der gerade benötigten Energiequelle.

(SAS Energy Forecasting)

Energieversorger betreiben mit großem Aufwand Bedarfsmodellrechnungen, um die möglichen Bedarfe vorherzusagen. Wettervorhersagen, Ferienkalender, Jahreskalender sind ebenso Einflussgrößen wie überregionale Ereignisse, z. B. Sportveranstaltungen oder Fernsehprogramme. Überall da, wo viele stromverbrauchende Geräte zum gleichen Zeitpunkt genutzt werden, ist mit einem überdurchschnittlichen Verbrauch zu rechnen, der nicht dem normalen Lastprofil entspricht.

(SAS Energy Forecasting)

Die Aufgabe der Energieversorger liegt darin, die Energie zum richtigen Zeitpunkt, in der richtigen Menge und Qualität dem Verbraucher anzubieten. Dabei spielt der Kostenfaktor mehr denn je eine große Rolle, da auch Energieversorger mit der Marktliberalisierung dem Wettbewerb unterliegen. Heute basieren die Bedarfskalkulationen meist auf einfachen manuellen Berechnungen, die den vergangenen Verbrauch aufzeigen (der rückwärtige Blick). Der zukünftige Bedarf wird oft geschätzt auf Basis von bisherigen Energiebedarfen.

Um im Wettbewerb bestehen zu können und um im Rahmen der Energiewende neue Märkte erschließen zu können, ist es erforderlich, Energiebedarfsrechnungen fundiert und aktuell zu erstellen. Unterschiedliche Energieträger müssen aufeinander abgestimmt werden, um kurzfristige Energiebedarfe mit geringem Aufwand decken zu können. Langfristige Energiebedarfsplanungen helfen also, Investitionen in neue aber auch in traditionelle Energiequellen zu steuern. Hier können analytische Softwaresysteme einen wichtigen Beitrag leisten. Denn um in diesem Umfeld Netzstabilität zu sichern und um für jeden Energieversorger verpflichtende Systemdienstleistungen zu erbringen, müssen Verbrauchsprofile errechnet werden, die die Zukunft zu 99,99999 Prozent vorhersagen. Ohne IT geht das gar nicht mehr, weil die Komponenten, die berücksichtigt werden müssen und die miteinander kombiniert werden müssen, viel zu komplex geworden sind.

Analytische Systeme sichern aber nicht nur die Stabilität der Stromnetze oder können Energiebedarfsrechnungen erstellen. Sie unterstützen auch die Analgen: Weniger Störungen und seltenere Stillstandzeiten, geplante oder ungeplante. Das macht die Anlagen insgesamt viel effektiver und macht sie leistungsstärker. Denn die Fähigkeit, Unterbrechungen vorherzusagen noch bevor sie auftreten bei gleichzeitigem Betrieb im Höchstleistungsmodus, ist Gold wert für die Betreiber.

Hier nochmal die Vorteile solcher analytischen Systeme auf einen Blick

• Analysen zur Anlagenzuverlässigkeit (Unterbrechungen werden minimiert, Wartungspläne optimiert.)
• Verteilung (technische Verluste im Verteilungssystem werden reduziert.)
• Sturmanalysen (Bei Sturm werden Unterbrechungen verkürzt. Denn vor, während und nach einem Sturm analysiert das System das Gefüge, um in der Zukunft effektiver zu reagieren)
• Optimierte Ressourcenverteilung (Analgenkosten werden besser kalkuliert. Volumen, Ausmaß und Bedarfsorte werden vorhergesagt.)

• Lastenverteilung, Preise und der Einsatz erneuerbarer Energien können mit analytischen Systemen prognostiziert werden.

Ihr Cornelius Kimmer