Energie-Messtechnik Stromnetz-Zusammenbruch real erzeugt

In diesem Labor bei der Siemens-Forschung Corporate Technology werden selbst Total-Zusammenbrüche des Stromnetzes messtechnisch untersucht.
In diesem Labor bei der Siemens-Forschung Corporate Technology werden selbst Total-Zusammenbrüche des Stromnetzes messtechnisch untersucht.

Wie die intelligenten Stromnetze (Smart Grids) in Zukunft funktionieren, das testet die globale Siemens-Forschung Corporate Technology (CT) in einem speziellen Labor in Erlangen. Dabei werden selbst totale Stromnetz-Zusammenbrüche real erzeugt und messtechnisch ausgewertet.

Wie das Forschungsmagazin Pictures of the Future berichtet, können die Forscher in ihrer 170 Quadratmeter großen Halle fast jedes Smart Grid nachbilden - denn neben den Schränken mit Batterien, einem Blockheizkraftwerk, einem Notstromaggregat, einem regelbaren Ortsnetztransformator, verschiedenen Lasten und den Umrichtern stehen ihnen auch zwei Kältemaschinen und eine Trink-wasseraufbereitungsanlage zur Verfügung.

Das Team kann die verschiedensten intelligenten Netze im Kleinformat nachbauen. Der Dieselgenerator kann auch die Rolle eines Gas- und Dampfkraftwerkes oder eines Biomassereaktors spielen, wobei das Verhältnis von fluktuierenden und konventionellen Energiequellen der Praxis auf dem Strommarkt entspricht. Smart Grids werden in einigen Jahren üblich sein: Wenn der Anteil der schwankenden Energiequellen im Netz weiter steigt, dann müssen intelligente Steuerungen dafür sorgen, dass die dezentralen Erzeuger perfekt mit Großkraftwerken zusammenspielen. Sonst drohen Instabilitäten und schlimmstenfalls Blackouts, die zu großen Schäden führen können. 

Genau das verhindern die CT-Forscher in Erlangen in ihren Tests. Sie simulieren etwa starke Sonneneinstrahlung, sodass der Umrichter der Photovoltaikanlage viel Strom liefert. Wenn dadurch im Netz ein Überangebot an Energie entsteht, steigen die Spannung und die Frequenz. Die Forscher passen dann die Parameter des Umrichters an, so dass er zur Netzstabilisierung beiträgt und nicht blindlings seine maximale Leistung ins Netz einspeist. 

In dem Testlabor gibt es auch ein Szenario für einen Zusammenbruch des Stromnetzes. Dann müssen die dezentralen Erzeuger wie die Batterie- und die Photovoltaikanlage das Netz wieder zum Laufen bringen. Bei einem solchen Schwarzstart synchronisieren die Forscher die verschiedenen Komponenten so, dass sie im Gleichtakt miteinander die Netzspannung auf ihren vorgegebenen Wert anheben und sich die Leistung der angeschlossenen Lasten gleichmäßig auf die Quellen verteilt. Sie stellen die internen Regler so ein, dass sich die Umrichter anhand der Spannungs- und Frequenzinformation synchronisieren und einen stabilen Betrieb herstellen. 

Die Arbeit im Erlanger Labor gibt einen Vorgeschmack auf die Herausforderungen, vor denen die Netzbetreiber im Rahmen der Energiewende stehen. Sie müssen unzählige Photovoltaikanlagen, Windräder und Biomassereaktoren mit konventionellen Kraftwerken und Energiespeichern verbinden und daraus ein stabiles Stromnetz bilden.

Wie das in der Praxis aussehen kann, untersuchte Siemens von 2011 bis Herbst 2013 zusammen mit dem Allgäuer Überlandwerk in einem Netzgebiet um das 2.500-Einwohner-Dorf Wildpoldsried im Kreis Oberallgäu, in dem die Einwohner zeitweise fünfmal so viel Strom auf regenerative Weise produzieren wie sie selbst verbrauchen.