Schon bald könnte der Strom auch aus der Erde kommen. Foto: RPO
Serie: Wissen der Zukunft: Die weiten Wege des Stroms
Düsseldorf (RP). Strom aus unserer Steckdose kommt in Zukunft zunehmend von Windparks im Atlantik oder Photovoltaik-Anlagen in der Sahara. Damit dieser "grüne" Strom aber auch wirklich gut für die Umwelt ist, muss unsere Energieverteilung intelligenter werden und das Netz globaler.
Es steht schon jetzt unter Spannung: Das Netz aus über- und unterirdischen Hochspannungsleitungen in Deutschland, durch das im vergangenen Jahr 617,5 Milliarden Kilowattstunden geflossen sind. Künftig wird es noch stärker ausgelastet sein weil der Bedarf wächst, während die Erzeugung schwankt: Die deutschen Windenergieparks sollen bis 2030 mit 50 Gigawatt (das entspricht 500 Millionen 100-Watt-Glühbirnen) mehr als doppelt so viel Leistung ins Netz einspeisen als zurzeit. Zumindest im Durchschnitt. Der tatsächliche Wert hängt davon ab, ob Flaute herrscht oder eine steife Brise die Rotor-Blätter antreibt. Für das Netz bedeutet das eine große Herausforderung.
Neben Kraftwerken, die für einen grundlegenden Stromfluss sorgen, werden flexible und hocheffiziente Systeme benötigt, die schnell auf die wechselnden Lasten reagieren können. Die neuen Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke beispielsweise könnten die natürlichen Schwankungen der Wind- und Sonnenenergie ausgleichen.
Das Problem des Speicherns
Dann aber bleibt als weiteres Problem die Frage, wie Windenergie in Zeiten von Überproduktion "gespeichert werden kann", sagt Michael Weinhold, Chef-Technologe bei Siemens Energy in Erlangen. Denn elektrische Energie lässt sich nur schwer "parken" außer über einen Trick: Überschüssige Energie im Netz wird dazu genutzt, Wasser in höhere Lagen zu pumpen. Bei steigendem Bedarf treibt dann quasi ein künstlicher Wasserfall eine Turbine an. Das funktioniert zwar auch in Deutschland. Doch solche Pumpspeicherkraftwerke können bei uns nur rund 6,7 Gigawatt aufnehmen.
Sehr viel weniger also, als die Windkraft-Anlagen schon jetzt produzieren. Besser wäre es, Wasserreservoire in extremeren Höhenlagen als bei uns zu nutzen. In den Alpen oder den norwegischen Fjorden. Doch der Strom aus der Windkraft vor der Nordsee-Küste oder den Solarzellen auf den Sonnenebenen Spaniens müsste dafür über Hunderte bis Tausende von Kilometern hinweg transportiert werden. "Und dafür ist das derzeitige europäische Stromnetz nicht ausgelegt", sagt Weinhold. Die Leitungsverluste wären viel zu groß.
Auch dafür gibt es jedoch bereits eine erprobte Lösung: die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, kurz HGÜ. Die Chinesen haben ihr Potenzial längst erkannt: Im Januar dieses Jahres nahm Siemens eine HGÜ-Anlage in China in Betrieb, die Gleichstrom über 1225 Kilometer verlustarm und wirtschaftlich transportiert. Weitere Projekte sind in Planung oder wurden bereits in Europa verwirklicht.
Eine solche Infrastruktur wäre die Voraussetzung, um große Energiemengen über weite Strecken zu bewegen. Mit einem System aus Wechsel- und Gleichstromübertragung ließe sich künftig ein intelligentes Netz aufbauen, das die Energie dorthin transferiert, wo sie am sinnvollsten eingesetzt werden kann. Erhöht würde die Effizienz noch durch geschicktes Strom-Management, etwa indem die "Straßenleuchten nachts ausgeschaltet werden, wenn keine Autos unterwegs sind", so Weinhold.
Elektro-Autos stützen das System
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Daneben werden weiterreichende Lösungen nötig sein, mit denen die natürlichen Ressourcen geschont und die CO2-Emissionen minimiert werden. Ein Beispiel ist der Verkehr: Würde man elektrische Energie in Bewegung umsetzen wie beim Elektroantrieb, wäre der Wirkungsgrad höher als mit einem Verbrennungsmotor. Ein Mehr an Strom bringt dann ökologische und ökonomische Vorteile. Dahinter steht indes "ein intelligentes Verteilungsnetz".
Und mit der gar nicht zu weit entfernten Vision vom Elektro-Auto könnte sogar ein neues Speichersystem wechselnde Lasten im Netz ausgleichen. Denn die nächste Generation der Hybrid-Antriebe wird ihre Batterien nicht mehr nur über den klassischen Verbrennungsmotor aufladen. Vielmehr würden sie auf dem Parkplatz oder der Garage Strom einfach aus der Steckdose ziehen, um ihre Energiespeicher aufzuladen.
Dabei könnte eine Elektronik an Bord auf Netzschwankungen reagieren: Steht zu viel Energie zur Verfügung, lädt der Wagen seine Batterien auf. Steigt die Netzlast, gibt das Auto Strom wieder ab. Wären die 45 Millionen Autos in Deutschland solche Hybridfahrzeuge, ergäbe sich eine Ladeleistung von 270 Gigawatt. Das ist ungefähr das 45-fache dessen, was Pumpspeicherkraftwerke derzeit aufnehmen können. Eine gigantische "mobile Batterie" also, die für ein "grünes" Stromnetz sorgen würde. Denn dann könnten Kraftwerke und Anlagen effizient arbeiten und die Belastung für die Umwelt senken. "Es klingt paradox, aber mehr Strom ist in einem integrierten Energiesystem gut für die Umwelt", sagt Weinhold.
Intelligente Hausgeräte reagieren
Diese Vision könnte mit Blick in die Zukunft noch weiter getrieben werden: mit Hilfe von vernetzten Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen. Sie würden über das Internet das aktuelle Preisniveau beobachten und sich einschalten, sobald sie günstig Strom beziehen könnten. Davon profitiert nicht nur der Geldbeutel. Der Energieverbrauch wäre gleichmäßiger über den Tag verteilt als derzeit mit Spitzenlasten in den Morgen- oder Abendstunden. In Österreich hat Siemens bereits 1000 Haushalte mit intelligenten Zählern ausgerüstet.
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