Das Kopernikus-Projekt Ensure forscht an Technologien, um das Stromnetz für die Energiewende zu wappnen. Bis 2019 hat Ensure analysiert, welche Anforderungen Stromnetze bis 2050 erfüllen müssen. Seither entwickelt es Lösungen, mit denen sich diese Anforderungen umsetzen lassen. Jetzt hat das Projekt die ersten fünf Technologien bekanntgegeben, die es in der Praxis oder digital simuliert testen wird. Die Technologien im Überblick:

1Adaptivschutz

Um das Stromnetz zu schützen, messen Schutzgeräte im Netz permanent Ströme und Spannungen. Kommt es zu Störungen, schalten sie die betroffenen Bereiche ab. Das Problem: Bisher werden Schutzgeräte einmalig programmiert – und arbeiten dann nach den immer gleichen Regeln. Auf Veränderungen im Netz können sie dadurch nicht reagieren.

Der Ensure-Adaptivschutz soll das ändern: Er vernetzt mehrere Schutzinstrumente, lässt ihre Datenströme zentral zusammenlaufen und berechnet fortlaufend Einstellparameter, die zur aktuellen Netzsituation passen. Dadurch lernt das Schutzsystem ständig dazu und kann flexibel auf die Einspeisung Erneuerbarer Energien reagieren.

2Solid-State-Transformer

Das Stromnetz funktioniert mit Wechselstrom, E-Autos brauchen Gleichstrom. Bisher lassen sich E-Auto-Ladestationen daher nur über mehrere Umwandlungsschritte ans Stromnetz anschließen. Der Ensure-Solid-State-Transformer hat einen Umrichter bereits integriert, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Durch diese Lösung für den Direktanschluss ans Netz gebe es deutlich weniger Energieverluste beim Weg des Stroms vom Netz ins Auto.

3MVDC-Kurzkupplungs-Simulator

Bislang sind Mittelspannungsnetze in Teilnetze aufgeteilt, heißt es seitens des Projektbüros für Ensure weiter. Kommt es zu einer Störung, lassen sich Stromausfälle dadurch leicht lokal begrenzen. Das Problem: Die Netze sind dadurch kaum flexibel und können keine Energie untereinander austauschen. So kann es vorkommen, dass in einem Teilnetz Windenergieanlagen abgeschaltet werden müssen, weil das Netz überlastet ist, während im benachbarten Teilnetz noch Kapazitäten vorhanden sind. Ensures MVDC-Kurzkupplungen ermöglichen den dauerhaften Austausch von Energiereserven zwischen einzelnen Teilnetzen – und stellen trotzdem sicher, dass Störungen nicht auf benachbarte Teilnetze übergehen können. Ensure testet sie zunächst durch eine digitale Simulation.

4Vermaschungskonzept

Bisher ist Deutschlands Energienetz weitestgehend strahlenförmig organisiert: Zentrale Kraftwerke liefern Energie in alle Teile Deutschlands. Wenn die Strahlen dieser Sterne in Zukunft wie Maschen eines Netzes miteinander verbunden werden, lässt sich die Energie auch auf vielen anderen Wegen ihrem Ziel zuführen – „und das deutlich effizienter und bei verhältnismäßig geringen Netzausbau-Kosten“. Analysen aus Ensure zeigen, dass intelligente Vermaschungen dazu beitragen können, den veränderten Anforderungen von Erzeugung und Verbrauch von Energie gerecht zu werden. Jetzt will Ensure sein Vermaschungskonzept auf Verteilnetzebene auch in der Praxis testen.

5Digitales Umspannwerk

Im Stromnetz sind Umspannwerke so etwas wie Kreuzungen. Hier treffen unterschiedliche Netze mit unterschiedlichen Spannungen aufeinander. Es gilt, den Strom so zu lenken, dass die Netze stabil funktionieren. Damit das klappt, hilft es zu wissen, wie der tatsächliche Leistungsfluss innerhalb eines Umspannwerkes erfolgt. Je mehr abrufbare Informationen es gibt, desto besser lassen sich diese Informationen bestimmen. Hierzu hat Ensure ein digitales Umspannwerk entwickelt. Neue Messgeräte und moderne Kommunikationstechnik erfassen hierbei digital Daten einzelner Umspannwerkskomponenten, werten sie aus, verarbeiten sie schnell und effizient – um auf Grundlage dieser Daten besser als bisher und automatisiert Stromflüsse steuern zu können.

Bis 2022 will Ensure diese Technologien erstmalig testen. Anschließend sollen diese ausgebaut und um weitere Technologien ergänzt werden. (Quelle für Beitragsbild: Quelle: levelupart – stock.adobe.com)

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Im Blickpunkt: Flexibilitätsmärkte zur Stabilisierung des Stromnetzes

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