Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/smart-grid-der-strom-muss-schlauer-werden-1811-137125.html    Veröffentlicht: 02.11.2018 09:26    Kurz-URL: https://glm.io/137125

Smart Grid

Der Strom muss schlauer werden

Die Kohlendioxid-emittierenden Kraftwerke sollen abgeschaltet und durch Kraftwerke ersetzt werden, die Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugen. Dafür müssen die Stromnetze jedoch angepasst werden. Neuartige IT-Lösungen bringen die Energiewende im europäischen Verbund voran.

Nach dem jüngsten Bericht des Weltklimarats ist es allerhöchste Zeit, die Beschlüsse des Pariser Klima-Protokolls umzusetzen. Eine starke Erhöhung der globalen Temperaturen lässt sich nur noch abwenden, wenn die Regierungen, Unternehmen und Zivilgesellschaften mit sofortiger Wirkung eine Transformation sämtlicher Sektoren ihrer Energiehaushalte durchsetzen. Elektrizität, Verkehr, Heizung, industrielle Prozesse und Landwirtschaft müssen alle auf den Pfad der Dekarbonisierung kommen, sonst ist schon in wenigen Jahren so viel Kohlendioxid in der Atmosphäre, dass die weltweite Durchschnittstemperatur um mehr als 1,5 Grad Celsius ansteigen wird. Bereits das wird zwar etliche negative Folgen mit sich bringen, ein noch höherer Anstieg würde diese Folgen aber potenzieren.

Der entscheidende Faktor bei der Dekarbonisierung ist dabei die Elektrifizierung. Nur der Stromsektor kann hinreichend viel - und vor allem ausreichend billige - erneuerbare Energie zur Verfügung stellen, um auch in den anderen Sektoren den Ausstoß von Kohlendioxid immer stärker zu verringern. Elektrizität ist rein physikalisch gesehen eine sehr hochwertige Energieform, die sich zwar schwieriger speichern lässt als chemische Energie, aber dafür sehr gut in Bewegung oder Wärme umgesetzt werden kann.

In der Praxis führt das aber zu großen Schwierigkeiten, da die heutigen Energienetze nicht für die moderne Energiewirtschaft gemacht sind. Zwar entstehen insbesondere an den windverwöhnten Küsten in ganz Europa viele neue Windkraftanlagen, aber bereits jetzt zeichnen sich die Grenzen der bestehenden Stromnetze ab, die die erzeugte Elektrizität oft nicht dahin transportieren können, wo sie gebraucht wird. Immer wieder kommt es zu Engpässen im Netzbetrieb, weshalb Kraftwerke, Windräder und Photovoltaik-Anlagen zeitweise in ihrer Leistung begrenzt werden müssen, um Überlastungen zu vermeiden.

Ökostrom wird zuletzt abgeregelt

Ökostrom wird zwar prinzipiell als letztes abgeregelt, doch hat in den letzten Jahren die Menge an Ökostrom, die durch solches Einspeisemanagement verloren ging, stark zugenommen: Im Rekordjahr 2017 betrug sie rund fünf Prozent der gesamten erzeugten Windenergie. Die Kosten allein für die Netzstabilisierung summierten sich 2017 auf 1,4 Milliarden Euro für ganz Deutschland.

Mit der zunehmenden und notwendigen Integration der europäischen Energienetze, wie sie der Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber Entso-E vorantreibt, erhöht sich diese Schwierigkeit sogar immer weiter. Der niederländische Energieversorger Eneco betreibt unter anderem den großen Nordsee-Windpark Luchterduinen nahe Zandvoort mit rund 130 Megawatt Leistung. Doch immer häufiger kann dieses Unternehmen den sauberen Windstrom nicht in andere Gebiete Europas verkaufen, weil Netzengpässe bestehen.

"Mit einem höheren Anteil an erneuerbaren Energien werden diese Probleme noch zunehmen", sagt Arie Spruit von Eneco. Auch für Eneco spielten die Engpässe etwa im Korridor von Nord- nach Süddeutschland eine zunehmende Rolle.

Tennet koopiert mit dem Forschungszentrum Jülich

Der Ausbau neuer Stromleitungen kommt - nicht zuletzt aufgrund mangelnder politischer Unterstützung - nur schleppend voran. Ein großes Problem stellt aber auch die stark zunehmende Komplexität des künftigen Stromnetzes dar, bei der nicht mehr wenige große, sondern viele kleinere Stromerzeuger für Stabilität im Netz sorgen müssen. Mit herkömmlichen Ansätzen lässt sich das kaum noch berechnen.

In einer Zusammenarbeit zwischen dem Jülicher Supercomputing Centre (JSC) und dem Übertragungsnetzbetreiber Tennet haben Experten nun ein neuartiges Computersystem entwickelt, das exakt auf die Simulation von Stromlasten zugeschnitten ist. Um neue Stromleitungen zuverlässig planen zu können, wollen Netzbetreiber möglichst über das ganze Jahr hinweg die Lastflüsse im Netz simulieren können. Erneuerbare Energien sind schließlich stärker saisonabhängig als konventionelle Kraftwerke: Im Sommer spielt Solarstrom eine wichtigere Rolle als im Winter.

Das neue Computersystem besteht einerseits aus einer speziellen Software, die gleichermaßen auf Windows- wie auf Linuxrechnern läuft, so dass alle Mitarbeiter plattformunabhängig mit dem System arbeiten können. Es beinhaltet aber auch eine spezielle Hardware, ein Parallelrechner mit intelligenter Ressourcenverwaltung. Dadurch lassen sich die Simulationen um einen Faktor dreißig beschleunigen. "Diese enorme Beschleunigung konnten wir erzielen, weil Hardware und Software gleichzeitig aufeinander abgestimmt und füreinander optimiert werden konnten", sagt Hartmut Fischer vom Forschungszentrum Jülich.

Mit Simulationen in die Zukunft schauen

Mit diesem System kann der Netzbetreiber Tennet auch die steigende europäische Marktintegration im Blick behalten. "Viele Simulationen wären ohne Rechencluster gar nicht durchführbar", sagt Ulrike Hörchens von Tennet. Bei Planungsrechnungen im Rahmen des deutschen Netzentwicklungsplans NEP und des europäischen Zehnjahres-Netzentwicklungsplans TYNDP lässt sich dank der hohen Simulationsgeschwindigkeit nun mehrere Jahre in die Zukunft blicken.

Netzengpässe, Betriebkosten durch Redispatch, also kurzfristige Veränderungen der Lastaufteilung zwischen Kraftwerken, und vergleichbare Probleme lassen sich mit Hilfe smarter Simulationen deutlich minimieren. Schlauer Strom erhöht so nicht nur die Versorgungssicherheit, sondern soll auch die Kosten der Energiewende für die Verbraucher in Grenzen halten. Eine rasche Umsetzung ist dringend geboten: Es ist nicht mehr fünf vor zwölf, sondern eins vor zwölf.  (die)


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