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Intelligente Stromzähler regeln Schwankungen dezentral

An- oder abschalten Intelligente Stromzähler regeln Schwankungen dezentral

Um die Schwankungen von Strom aus Sonne und Wind besser abzupuffern, soll das Stromnetz künftig mitdenken: Die Stromversorger wollen den Verbrauch abhängig vom Angebot mit intelligenten Stromzählern regeln, die die Elektrogeräte entsprechend an- und abschalten.

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Schwankungen im Stromnetz: Hochspannungsmasten und die Kühltürme des Atomkraftwerks Grafenrheinfeld Unterfranken.

Quelle: dpa

Göttingen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation haben nachgewiesen, dass intelligente Stromzähler die Nachfrage dezentral und selbstorganisiert mit dem Stromangebot abstimmen können.

Mit dem Mehr an Solar- oder Windparks in Deutschland nehmen Schwankungen im Stromnetz zu. Wenn sich eine Wolkenfront über Süddeutschland schiebt, liefern die Photovoltaikanlagen weniger Strom. Und wenn ein Sturm aufzieht, erhöht sich schlagartig die Stromproduktion der Windparks. Das klassische Stromnetz kennt solche Schwankungen nicht.

Die zunehmenden Einspeise-Schwankungen müssen künftig verstärkt mit den gleichzeitig schwankenden Stromverbräuchen abgeglichen werden. Liefern Wind und Sonne viel Energie, sollen zum Beispiel Kühlaggregate in Rechenzentren und Lagerhäusern, Kühlschränke daheim oder Ladegeräte für Elektroautos hochgefahren werden. Herrscht Flaute, sollen sie vorübergehend in den Ruhezustand gehen. Um das zu erreichen, wollen Energieversorger ihre Kunden künftig mit Stromsteuergeräten, sogenannten Smart-Metern, ausrüsten. Diese werden in Haushalten oder bei Firmenkunden installiert und liefern ihre Daten automatisch an den Energieversorger. Je nach Stromangebot sollen dann die Haushalts- und Industriegeräte an- oder abgeschaltet werden.

Die Motivation für den Kunden besteht unter anderem darin, dass er bei hohem Stromangebot Energie zu niedrigen Preisen beziehen kann. Um Stromangebot und –nachfrage aufeinander abzustimmen, bringen Forscher des Göttinger Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation nun ein Konzept ins Spiel, das auf eine dezentrale Abstimmung von Stromangebot und –nachfrage setzt.

Selbst organisiertes Netz?

Physiker Benjamin Schäfer, der in der Arbeitsgruppe „Netzwerkdynamik“ von Prof. Marc Timme arbeitet, hat geprüft, ob eine zentrale Steuerung überhaupt sein muss. Mit Timme, seinem ehemaligen Kollegen Dirk Witthaut und dem Studenten Moritz Matthiae untersuchte Schäfer, ob und wie die Smart-Meter bei den Kunden den Verbrauch direkt und dezentral regeln können, ohne Umweg über die zentrale Steuerung beim Energieversorger zu gehen.

Die Physiker entwickelten dafür ein mathematisches Modell, in dem sie die Stromerzeuger und Verbraucher simulierten. Die Frage war, ob das Gesamtnetz stabil bleibt, wenn die dezentrale Regelung bei jedem Verbraucher vor Ort erfolgt und nicht mehr über die Abstimmung mit dem zentralen Energieversorger.

Würde sich das Netz quasi selbst organisieren können? Grundsätzlich nutzt man als Messgröße für die Regelung die sogenannte Netzfrequenz mit der Wechselstrom im Versorgungsnetz schwingt. Sie beträgt 50 Hertz und darf durch Schwankungen im Netz höchstens um 0,2 Hertz von diesem Soll abweichen. Die Strometzbetreiber müssen aktiv gegensteuern, um die Frequenz von 50 Hertz zu halten und Störungen zu vermeiden.

Schäfer und seine Kollegen konnten zeigen, dass sich solche Störungen abpuffern lassen, wenn die Stromsteuergeräte direkt reagieren. Die Smart-Meter sind in der Lage, Frequenzänderungen als Messgröße zu nutzen und den Stromverbrauch der angeschlossenen Elektrogeräte zu steuern.

„Bislang gab es kaum eine Studie, die im Detail analysiert hat, ob ein Smart-Grid ohne zentrale Steuerung überhaupt funktionieren kann. Unsere Analyse hat nun erstmals gezeigt, dass das prinzipiell möglich ist“, sagt Arbeitsgruppenleiter Timme. Der Vorteil einer dezentralen Steuerung wäre gewaltig, weil der Aufbau einer großen Kommunikationsinfrastruktur, die Millionen von Smart-Metern mit den Energieversorgern verbinden müsste, überflüssig wird.

jes/eb

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