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Erneuerbare Energie:Der Netzschrittmacher

Windiges Wetter: Mehr erneuerbare Energien im Stromnetz

Im europaweiten Stromnetz muss die Frequenz konstant gehalten werden. Mit Windkraftanlagen ist das viel schwieriger als mit Kohlekraftwerken.

(Foto: Patrick Pleul/dpa)
  • Wenn der Wind einschläft und die Rotoren stillstehen, können große Batterien weiter Energie liefern.
  • Sie nehmen Energie auf, wenn ein Windpark mehr Strom produziert, als zu diesem Zeitpunkt gebraucht wird.
  • Andere Batteriepuffer dienen nicht dem Bereitstellen, sondern der Qualität der Energie.

Weiße Plus- und Minuszeichen auf grünem Grund zeigen schon aus der Ferne, worum es geht. Wie zwei Akkus neben einer Stehlampe wirken die Container am Fuß des Windmasts NX 85219. Als der Ingenieur Markus Jaschinsky die Türen einer der großen Stahlboxen öffnet, kommen dicke Kabel, Sicherungen, Schaltkästen und acht der insgesamt 24 Batteriemodule zum Vorschein. Die Energiespeicher, gebaut für Elektromobile, tun hier stationären Dienst.

Der Windpark Hamburg-Curslack, im Südosten der Hansestadt gelegen, besteht aus fünf Windrädern und - seit Ende 2018 - den vier, jeweils paarweise aufgestellten Batterie-Containern. "Die Speicher sind in die elektrische Installation des Windparks integriert", sagt Jaschinsky, "sie hängen direkt an der Ringleitung der Turbinen und nutzen den gemeinsamen Netzanschluss." Schon das ist ungewöhnlich, genau wie die ganze Anlage: Sie gehört zum Energiecampus der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW), wo auch der Ingenieur arbeitet. Seine Kollegen und er erkunden hier zusammen mit den Firmen Vattenfall und Nordex, wie Windparks die Aufgaben von konventionellen Kraftwerken übernehmen können.

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Es geht nur am Rande darum, genug Strom zur richtigen Zeit zu liefern. Wenn der Wind einschläft und die Rotoren hoch über den grünen Containern stillstehen, könnten große Batterien im Prinzip weiter Energie liefern. Diesem Zweck dienen zum Beispiel Speicher an Windparks in den Niederlanden, Wales oder Texas. Sie nehmen Energie auf, wenn ein Windpark mehr Strom produziert, als zu diesem Zeitpunkt im Netz gebraucht wird.

Der Speicher in Curslack ist aber zu klein dafür. "Die Batterien haben eine Leistung von etwa sechs Prozent des Windparks", sagt Mike Blicker, Projektleiter an der HAW. "Sie könnten bei Flaute nur einen Bruchteil seiner Leistung übernehmen." Die Container mit ihren 24 Elektroauto-Batterien stellen zwar für eine gute Stunde 720 Kilowatt zur Verfügung, der Windpark aber speist in guten Zeiten rund um die Uhr 12 600 Kilowatt ins Netz.

Wenn die Frequenz deutlich von 50 Hertz abweicht, droht ein Blackout

Das Batterie-Projekt in Curslack dient daher nicht dem Bereitstellen, sondern der Qualität der Energie. Im europaweiten Stromnetz muss die Frequenz stets bei 50 Hertz gehalten werden. Sie sinkt, wenn viel Energie entnommen wird, und steigt bei übergroßem Angebot. Wird die Abweichung zu groß, droht ein Blackout; deswegen gibt es gestaffelte Reserve- und Regelungssysteme. Die erste Sicherung sind bisher große Kraftwerke: Kohle- oder Atommeiler versetzen tonnenschwere Turbinenachsen und -schaufeln in Rotation. Diese bügeln schon aufgrund ihres Schwungs und ihrer Trägheit leichte Abweichungen der Netzfrequenz aus.

"Diese Momentanreserve gibt es bei erneuerbaren Energien nicht mehr", sagt Blicker. "Darum erkunden wir, wie diese Systemdienstleistung, kurzfristig die Frequenz zu stabilisieren, mit einer Batterie erbracht werden kann." In der Branche wird von virtueller Trägheit oder virtueller Schwungmasse gesprochen. Auch manche andere Projekte wie zum Beispiel eines im niederösterreichischen Prottes untersuchen das Verfahren. Die Technik in den Hamburger Containern muss Situationen, in denen sich die Frequenz gerade rapide ändert, schnell erkennen und möglichst innerhalb von Millisekunden reagieren.

Primäres Ziel des Projekts ist es, die Algorithmen zu entwickeln, die den Speicher steuern. Erfolg wird sich allerdings kurzfristig nur indirekt zeigen: Die Batterie in Hamburg kann allein aktuell keinen erkennbaren Einfluss auf die Schwankungen im Netz ausüben, das von Polen bis nach Portugal reicht. Aber die Entwickler können die Kurven der Frequenzabweichungen neben Aufzeichnungen vom Verhalten ihrer Batterie legen, um zu sehen, ob diese zu den richtigen Zeitpunkten richtig reagiert hat. "Wenn wir diese Steuerung haben, könnten wir sie problemlos auf eine hundertmal so große Batterie oder eine Kombination vieler dezentraler Batterien übertragen", sagt Blicker.

Bei dem Projekt geht es außerdem um finanzielle und regulatorische Fragen. So muss zum Beispiel sichergestellt sein, dass niemals Strom von außen in die Batterien gelangt - der Windpark könnte seine Förderung verlieren, wenn später Elektrizität ungeklärter Herkunft als Windstrom zurück ins Netz gespeist wird.

Die neue Technik könnte auch Einfluss auf den Strompreis haben

Das Team um Blicker und Jaschinsky möchte in Curslack zudem mögliche Geschäftsmodelle finden, wie Betreiber mit der Systemdienstleistung Momentanreserve Geld verdienen können. Dafür wird heute nichts bezahlt, im Gegensatz zur sogenannten Primärregelleistung für Schwankungen mit einer Dauer von einigen Sekunden bis fünf Minuten. In Zukunft aber könnten Batterien in jedem Wind- oder Solarpark sowie an vielen anderen Stellen im Netz die Aufgabe übernehmen, wenn das bei ihrer Finanzierung hilft. Hinzu kommen weitere mögliche Dienstleistungen: Die Energiespeicher können auch Leistung für die Primärregelung anbieten, sie vermögen kurze Erzeugungs- und Lastspitzen abzufedern, die den Strompreis bei Großverbrauchern stark beeinflussen. Und sollte das Stromnetz ausfallen, können die Batteriecontainer die Versorgung langsam wieder aufbauen.

Damit all das aber mit Speichern zu machen ist, fordern Branchenvertreter seit Langem, die doppelte Belastung des Stroms mit Umlagen und Abgaben zu verringern. Die Abgaben sind oft sowohl beim Ein- als auch Ausspeichern fällig und verhindern, dass sich der Service rentabel vermarkten lässt.

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