Bis 2035 plant die Bundesregierung Windparks an Land und auf See auszubauen und deren Leistung mit 140 Gigawatt mehr als zu verdoppeln. Gleichzeitig werden zunehmend konventionelle Kraftwerke abgeschaltet. Das Problem: Kraftwerke halten das Netz stabil. Einen plötzlichen Anstieg oder Abfall der Leistungsentnahme und -einspeisung gleichen sie so aus, dass keine Ausfälle entstehen und unsere Steckdosen stets 230 Volt liefern. Eine einfachere, umweltfreundlichere und günstigere Lösung für diese Aufgabe könnten jedoch Windparks darstellen.
Sind Windparks die neuen Kraftwerke?
Für eine erfolgreiche und sichere Energiewende könnte Windparks eine Schlüsselrolle zukommen: Sie liefern erneuerbare Energie und halten als alternative Kraftwerke gleichzeitig das Netz stabil.
Sind Windparks die neuen Kraftwerke?
Für eine erfolgreiche und sichere Energiewende könnte Windparks eine Schlüsselrolle zukommen: Sie liefern erneuerbare Energie und halten als alternative Kraftwerke gleichzeitig das Netz stabil.
Kraftwerke regeln das schon
Ein Kraftwerk arbeitet wie ein Tempomat im Auto. Erreicht das Fahrzeug eine Steigung, benötigt es mehr Leistung, um nicht langsamer zu werden. Der Tempomat gibt Gas und hält die Geschwindigkeit konstant. Im Kraftwerk übernimmt das der Leistungsregler. Wird plötzlich mehr Leistung entnommen, als die Turbine des Kraftwerks liefert, wird die Differenz aus der Schwungmasse des Generator-Turbinen-Satzes beglichen. Die Maschine wird zunächst langsamer. Der Regler bemerkt dies und gibt mehr Dampf auf die Turbine, um die Spannung zu halten. Das gilt auch im umgekehrten Fall. Für diese Anpassung bleiben dem Leistungsregler etwa zehn Sekunden, in denen die Leistung dank der Momentanreserve durch die kinetische Energie der Maschinen kurzzeitig nicht abfällt. Der mögliche Beitrag eines Kraftwerks zur Netzstabilisierung hängt dabei von seiner Nähe zum Übertragungsnetz ab.
Angebot und Nachfrage bei Windanlagen
Windanlagen werden nicht wie konventionelle Kraftwerke betrieben. Was sie an Leistung einspeisen können, hängt vom vorhandenen Wind ab. Bei Flauten müssen andere Erzeuger übernehmen. Entsteht ein Angebotsüberschuss, wird die Windenergie künftig gespeichert werden – als Wärme (Power-to-Heat) oder mittels Elektrolyse als Wasserstoff (Power-to-Gas). Brennstoffzellen oder Gaskraftwerke können dieses Gas teilweise rückverstromen und den Überschuss nutzbar machen. Der Ausbau der Windenergie wird daher mit einem erheblichen Ausbau von Wärmespeichern und Elektrolyseanlagen gekoppelt werden. Der geplante Bau zusätzlicher Gaskraftwerke zur Stabilisierung der Netze ist hingegen ein unglücklicher Kompromiss, der die Unabhängigkeit von Gas und Reduzierung von CO2-Emissionen wieder erschwert. Könnten nicht Windanlagen zukünftig Lastschwankungen mithilfe ihrer Energiespeicher ausgleichen, zusammen mit Brennstoffzellen zur Rückverstromung? An diesem Konzept forschen Kooperationsprojekte aus Wirtschaft und Hochschulen, an denen die Maschinenfabrik Reinhausen teilnimmt.
„Mit Windanlagen als Kraftwerken könnten wir die Netze auch bei steigender Volatilität stabil halten.“
Mit weniger Aufwand mehr erreichen
Was derzeit noch eine Hürde darstellt, könnte hierfür genau der richtige Hebel sein: Durch die dezentrale Lage der Windanlagen weitab vom Kernnetz und ihre vergleichsweise geringe Leistung können sie beim aktuellen Stand der Technik noch nicht schnell genug auf Lastschwankungen reagieren. Doch gerade das wird zukünftig ein großflächiges Angebot an Leistungsreserven bedeuten, die auch einen schnelleren Wiederaufbau nach einem Schwarzfall ermöglichen. Die erforderliche enge Anbindung an den Netzkern ließe sich mithilfe von Gleichspannungsnetzen und gekoppelten Windanlagen mit regelnder Kopfstation lösen. Diese Kopfstation hält das Netz stabil, indem sie Windleistung und Energiespeicher für die Momentanreserve und Regelleistung nutzt. So wären Windanlagen konventionellen Kraftwerken ebenbürtig. Und: Ihr Umbau wäre sogar kostengünstiger und einfacher umzusetzen als der Bau neuer Gaskraftwerke. Bald soll dieses Konzept in Feldversuchen erprobt und womöglich eine Schlüsseltechnologie der Energiewende werden.
Förderprojekte
Im Kopernikusprojekt ENSURE des Bundesministeriums für Bildung und Forschung werden neue Strukturen für das künftige Stromnetz untersucht. Hier beteiligt sich die MR mit Untersuchungen zu Gleichspannungsnetzen zur Anbindung großer Anlagen erneuerbarer Erzeuger, sowie mit der Entwicklung leistungselektronischer Konverter.
Im Förderprojekt AC2DC des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz wird die Eignung von 20 kV AC-Kabeln für Gleichspannungsnetze bis 60 kV untersucht. Solche Netze wären eine mögliche Alternative zu 110 kV Verteilnetzen. Die MR beteiligt sich mit Untersuchungen und Entwicklungen zur technischen Machbarkeit, einschließlich der Spezifikation der technischen Anforderungen an DC-Verteilnetze und Anlagen an DC-Verteilnetzen. In einem Folgeprojekt ist die Erprobung im Feld vorgesehen.
