Halbvoll oder halbleer?

Der Ausbau erneuerbarer Energien wird derzeit weltweit gefördert, die zunehmende Elektrifizierung industrieller Prozesse und der Mobilität vorangetrieben. Man nimmt an, dass dazu ein Ausbau des Stromnetzes unumgänglich sein wird. Um diesen auf ein vertretbares Mass zu begrenzen, drängt es sich auf, vorhandene Potenziale intelligent zu nutzen. ‹Poweralliance› skizziert einen vielversprechenden Ansatz.

Das Dargebot der erneuerbaren Energien, vor allem von Sonne und Wind, schwankt stark. Um diese in die Stromversorgung integrieren zu können, werden künftig hohe Flexibilitäten im Netz benötigt. Nur so kann eine Verlagerung der Stromnachfrage auf Zeiten mit einem hohen Angebot aus der Produktion der Erneuerbaren gelingen. Heute findet dies praktisch nicht statt. Liegt ein Überangebot aus der Wind- und Solarproduktion vor, werden nicht selten die Stromerzeuger vom Netz genommen.

Die Schweiz verfolgt das Ziel, die Stromerzeugung nahezu vollständig zu dekarbonisieren. Durch den damit verbundenen Verzicht auf fossile Energieträger und Atomkraft, muss die regenerative Erzeugung von Strom massiv ausgeweitet werden. Das bedeutet jedoch auch, dass die installierte Erzeugungskapazität das gleichzeitige Verbrauchsniveau um ein Mehrfaches übersteigen wird. Dies stellt eine grosse Herausforderung für das Stromnetz dar. Technologien wie Power-to-Heat (P2H) oder Power-to-Gas (P2G) drängen sich als Problemlöser auf: Einerseits, weil man sie nutzen kann, um überschüssige Energie zu absorbieren, andererseits deshalb, weil sie jederzeit bei Bedarf ihren Stromverbrauch reduzieren können. Will man den notwendigen Netzausbau auf ein vertretbares Mass reduzieren, sind jedoch intelligente Lösungen gesucht, mit welchen sich die entstehenden Potenziale zur Lastverschiebung auch nutzen lassen.

Stromnetze werden so ausgelegt, dass auch die grössten zu erwartenden Leistungsspitzen noch sicher übertragen werden können. Deshalb sind die heutigen Mittelspannungsnetze (Netzebene 5), von einigen wenigen Stichleitungen abgesehen, redundant ausgebaut. Man spricht hier von der ‹(n-1)-Versorgungssicherheit›. Im Grundsatz bedeutet dies, dass beispielsweise selbst beim Ausfall eines Netzstücks das Netz immer noch die prognostizierte maximale Leistung übertragen kann – ohne Unterbrechung der Versorgung. «Das heisst aber auch, dass Ringnetze im Normalbetrieb nur zu maximal 50 Prozent ausgelastet werden. Die andere Hälfte der Netzkapazität liegt brach», erklärt Yves Wymann, Head Operations Digital Energy Solutions Switzerland bei der Alpiq Digital AG und Projektleiter von ‹Poweralliance›.

Durch die Verwendung dieser ungenutzten Ressource soll zukünftig der Netzausbau auf der Mittelspannungsebene vermieden, oder zumindest verzögert werden. Koppelt man die Nachfrage an das volatile Stromangebot, so Wymann, könne man durch die erhöhte Nutzung der Netzkapazität die Gesamtwirtschaftlichkeit verbessern und den Einsatz flexibler elektrischer Lasten fördern. So liessen sich leichter Flexibilitäten ins Netz bringen, die sowohl bei der Nachfrage als auch bei der Einspeisung netzdienlich sind.

‹Poweralliance› unterscheidet zwei Arten von Lasten entsprechend ihrem Anspruch an die Versorgungssicherheit. Zum einen sind dies ‹unbedingte Lasten›. Diese sind komplett bedarfsgetrieben und müssen damit ‹unbedingt› verfügbar sein. Dazu gehören beispielsweise Produktionsmaschinen, Beleuchtung oder Kommunikationssysteme.

Die zweite Kategorie sind die ‹bedingten Lasten›. Dazu zählen beispielsweise die Technologien zur Sektorkopplung und Speicherung: Photovoltaik, Windenergie, Elektrolyseure (P2G), Batteriespeicher oder auch die Elektromobilität. Sie tolerieren eine geringere Versorgungssicherheit, ihr Einsatz ist vor allem strompreisgetrieben. Risiken, welche im seltenen Falle eines Versorgungsunterbruchs entstehen könnten, sind eher gering.

Dies macht sich ‹Poweralliance› zu Nutze: «Die Idee ist, dass unbedingte Lasten durch den (n-1)-sicheren Teil des Mittelspannungsnetzes versorgt werden, während bedingte Lasten aus der heute unzugänglichen Redundanz bedient werden», erklärt Yves Wymann.

Damit ein intelligentes, netzdienliches Lastmanagement gelingen kann und die bedingten Lasten die Netzkapazität nicht überschreiten, benötigen die Verteilnetzbetreiber Informationen über deren Einsatz. Das ist per dato nicht der Fall. ‹Poweralliance› löst dies geschickt: «Der netzdienliche Einsatz der Flexibilitäten erfolgt durch den Kunden selbst», erklärt Wymann den Ansatz. «Der Netzbetreiber gibt lediglich die Randbedingung vor: Er bietet Kapazitäten an und gibt abhängig davon Fahrpläne frei oder weist sie mit dem Hinweis auf notwendige Leistungskürzungen zur Änderung zurück.»

«Es braucht Massnahmen auf Seiten der Politik und der Gesetzgebung. So könnte man ökonomische Anreize schaffen, mit Strom aus erneuerbaren Energien in die Dekarbonisierung zu investieren.»

«Poweralliance schafft den notwendigen finanziellen Spielraum zur Förderung der Sektorkopplung.»