Damit das Stromnetz nicht aus dem Takt gerät

Viel mehr Photovoltaik, viel mehr Windenergie: Das ist eine der grössten Veränderungen der Schweizer Energieversorgung, die die Energiestrategie 2050 vorsieht. Sie stellen das Stromnetz vor gewaltige Herausforderungen. Insbesondere was die Belastung des Netzes anbelangt.

Bis heute war diese Belastung gut vorhersehbar: Die Stromproduzenten wissen aus Erfahrung, zu welchen Zeiten die Industrie und die Haushalte Strom benutzen. Zudem ist die Energieproduktion durch Kern- und Wasserkraftwerke konstant und deshalb gut berechen- und steuerbar.

Das wird sich mit der geplanten Energiewende dramatisch ändern. Die Stromproduktion durch viele kleine, dezentrale Quellen wird zu grossen Schwankungen führen. Je nach Tageszeit, je nach Wetter und je nach Saison werden Solar- und Windkraftanlagen massive Schwankungen im Stromnetz verursachen, für die das Stromnetz nicht konzipiert wurde.

Schwankungen ausgleichen

Um ein stabiles Netz und eine konstante Verfügbarkeit der Energie zu garantieren, braucht es deshalb eine ganze Reihe neuer Speichersysteme. Da die Schwankungen in der Einspeisung von Moment zu Moment, von Tag zu Tag und von Jahreszeit zu Jahreszeit schwanken werden, braucht es Speichersysteme, die Energie über ganz verschiedene Zeiträume speichern und wieder abgeben können – von Millisekunden bis Monaten.

Hinzu kommt, dass das Stromnetz auch intelligenter wird. Sogenannte Smart Meter werden stark zunehmen – das sind Installationen, die den Verbrauch von Geräten und Anlagen messen und steuern können. Mit solchen Smart Meter ausgestattet, können zum Beispiel thermische Lasten wie Wärmepumpen, Ladestationen für Elektroautos, Photovoltaikmodule, Brennstoffzellen und Batterien flexibel ein- und ausgeschaltet werden. Und zwar genau zu den Zeitpunkten, die für das Stromnetz optimal sind.

In dieser Flexibilität liegt ein gewaltiges Potenzial, um die erwarteten Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Indem die Smart Meter ganzer Quartiere, ganzer Städte oder der gesamten Schweiz miteinander verbunden werden, entsteht ein Verbund aus Stromverbrauchern, der sich flexibel steuern lässt. Je nach Bedarf kann eine beliebige Anzahl Geräte von einer zentralen Software ein- oder ausgeschaltet werden.

Steuerung in Echtzeit

Um die Schwankungen auszugleichen und das Potenzial von Smart-Metering-Geräten auszunutzen, braucht es eine Steuerung des Stromflusses, die in Echtzeit funktioniert. Forschende des Laboratoire pour les communications informatiques et leurs applications um Professor Jean-Yves Le Boudec an der EPFL und seinen Kollegen Professor Mario Paolone des Distributed Electrical Systems Laboratory der EPFL haben eine Software entwickelt, die genau diese Anforderungen erfüllt. An einem funktionierenden Netz-Prototyp im realen Massstab konnten die Forschenden zeigen, dass ihre Software innerhalb von weniger als einer Sekunde auf Schwankungen reagieren und so den Stromfluss an die sich immer wieder verändernden Bedingungen anpassen kann. Die Software ist in der Lage, ultra-kurzfristige Lastprognosen zu erstellen, und die verfügbare Energie durch Photovoltaikanlagen zu berechnen. Die Technologie ist zur Patentierung angemeldet.