Prof. Dr.-Ing. Thomas Leibfried

Intelligente Strategien für die Energiewende

Deutschland ist Vorreiter beim Ausbau von Energieerzeugungsanlagen, die regenerative Energiequellen nutzen. Die über Jahrzehnte gewachsenen Stromtrassen müssen sich daher neuen Anforderungen stellen. Um die Netzstrukturen fit für die Energieversorgung der Zukunft zu machen, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben und die deutsche Wirtschaft übermäßig zu belasten, forscht die Helmholtz-Energie-Allianz an neuartigen technischen und strukturellen Lösungen. Im Gespräch erklärt der Sprecher der Allianz, Prof. Thomas Leibfried, welche Herausforderungen dabei überwunden werden müssen.

In der Helmholtz-Energie-Allianz "Technologien für das zukünftige Energienetz" erarbeiten Sie gemeinsam mit führenden Universitäten und Energieversorgern Lösungen für ein flexibles und stabiles Stromnetz der Zukunft. Warum soll das vorhandene Netz plötzlich nicht mehr ausreichen?

Die bestehenden Netze basieren grundsätzlich auf konventionellen Kraftwerken sowie auf Kernkraftwerken nahe den Verbraucherzentren. Damit war es bislang vergleichsweise einfach, mit Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlastkraftwerken die unterschiedlich große Nachfrage nach Strom während eines Tages abzudecken. Im Rahmen der Energiewende haben wir es dagegen mehr und mehr mit dezentralen Einheiten kleiner und mittlerer Leistung zu tun, die regenerative Energiequellen nutzen. Da Wind und Sonne aber nicht auf Knopfdruck verfügbar sind, müssen wir nach Lösungen suchen, um Verbrauch und Erzeugung so in Einklang zu bringen, dass die Energieversorgung jederzeit gewährleistet ist, gleichzeitig aber trotz des Verzichts auf die Kernkraft der CO2-Ausstoß verringert wird.

Was sind die größten Herausforderungen bei diesem Vorhaben?

Um die Versorgungssicherheit der Verbraucher langfristig zu sichern, werden wir nicht daran vorbeikommen, die bestehenden Transportnetze umzurüsten und auszubauen. Denn mit modernen Stromtrassen wäre es möglich, die Schwankungen zwischen Verbrauch und Erzeugung im Rahmen des europäischen Verbundnetzes aufzufangen – zum Beispiel durch einen intelligenten Mix, der Solarstrom aus Südeuropa, Windstrom aus dem Nordseeraum und Wasserkraft aus Skandinavien umfasst.

Könnte ein solches Konzept auch ein wichtiger Baustein für eine unabhängige europäische Energieversorgung sein?

Darin liegt eine große Chance. Die Helmholtz-Allianz unterstützt daher die Entwicklung neuer Technologien, die eine effizientere Übertragung des Stroms über weite Strecken ermöglichen. Eine Lösung hierfür könnten Hybrid-Transportnetze sein, bei denen das bestehende 400-kV-Drehstromnetz durch ein übergeordnetes Gleichstromnetz (HVDC) ergänzt wird. Schließlich hat Gleichstrom bei großen Entfernungen ab etwa 600 Kilometern geringere Übertragungsverluste als Wechselstrom. Bislang ist aber noch nicht klar, wie ein Gleichstromnetz aufgebaut sein muss, wie es effizient betrieben wird und welche Wechselwirkungen zwischen beiden Netzen zu beachten sind. Darüber hinaus benötigen wir neue Technologien, um trotz des zunehmenden Wegfalls klassischer Großkraftwerke eine ausreichende Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten.

Das klingt alles gut. Aber in der Praxis dauert es doch mindestens zehn bis fünfzehn Jahre, bis eine neue Stromtrasse tatsächlich realisiert ist. Die Energiewende soll aber doch schon bis zum Jahr 2022 gelingen?

Die langen Genehmigungsfristen sind natürlich ein Problem. Außerdem gibt es häufig berechtigte Bürgerinteressen, die sich gegen den Bau neuer Trassen richten. Angesichts der zunehmenden Einspeisung aus dezentralen Energiequellen ist es deshalb wichtig, gleichzeitig auch nach praktikablen Lösungen für eine intelligente Steuerung des Verteilnetzes zu suchen – zum Beispiel durch eine vermehrte Einspeisung von privat erzeugtem Solarstrom, der dann regional vor Ort genutzt wird. Mit dieser lokalen „Einspeisung von unten“ in Verbindung mit einem intelligenten Last-Management kann es sogar gelingen, den umstrittenen Ausbau der Transportnetze teilweise zu vermeiden.

Welche weiteren Konzepte und Technologien gibt es, um auch in Zukunft eine zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung sicherzustellen?

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung neuer Formen der Speicherung von Energie. Im Mittelpunkt steht dabei der Ansatz „Power-to-Gas“, dabei wird Strom aus unterschiedlichen regenerativen Energiequellen genutzt, um durch Elektrolyse Wasserstoff herzustellen. Dieser Wasserstoff kann als Energieträger direkt in die Erdgasleitungen eingespeist werden, allerdings nur zu einem geringen Prozentsatz. Deshalb wird im Rahmen der HelmholtzEnergie-Allianz intensiv an der sogenannten Methanisierung gearbeitet, also der Umwandlung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO2) in Methan. Dieses Methan kann ohne Einschränkung im Erdgasnetz verwendet werden. Ein interessantes Projekt in diesem Zusammenhang ist auch die Pilotanlage im niedersächsischen Werlte, wo das in einer Biogasaufbereitungsanlage anfallende Kohlenstoffdioxid genutzt wird, um das benötigte Methan (CH4) synthetisch zu erzeugen und einzuspeisen.

Mit der Power-to-Gas-Methode könnte zum Beispiel überschüssiger Windstrom in Wasserstoff umgewandelt, gespeichert und über die bestehenden Erdgasleitungen an die Verbraucher transportiert werden.

Hier gibt es große Potenziale. Bislang sind allerdings sowohl die Wirkungsgradverluste als auch die Anlagenkosten noch zu hoch. Bis wir die Technologie kosteneffizient einsetzen können, wird es also noch einige Jahre dauern.

Helmholtz-Energie-Allianz

In der Summe gibt es also nicht den einen Königsweg, sondern es existieren unterschiedliche Ansätze für eine nachhaltige Stromversorgung der Zukunft. Aber wie muss das Zusammenspiel der verschiedenen Bausteine in der Praxis gestaltet werden?

Die Transformation unserer Energieversorgung kann nur durch ein intelligentes Management des Gesamtsystems gelingen. Neben der Wechselwirkung zwischen Energieangebot, Verteilung und Speicherung müssen wir dabei auch die Bedürfnisse der Nutzer im Blick behalten. Denn um die Energiewende in Deutschland zu einem Erfolgsmodell und damit auch für andere Nationen attraktiv zu machen, müssen wir dafür sorgen, dass die Energie am Ende bezahlbar bleibt – sowohl für die Industrie als auch für die Bürger. Um unter diesen Voraussetzungen eine gesamtgesellschaftliche Akzeptanz für die Energiewende möglich zu machen, arbeiten wir bei unseren Forschungen bewusst interdisziplinär mit Ökonomen, Sozialwissenschaftlern,Systemtheoretikern, Geisteswissenschaftlern und Technologieexperten zusammen.

Das klingt nach einer großen Herausforderung. Aber auch nach einer großen Chance für junge Ingenieure, um technisches Know-how mit gesellschaftlichem Einsetz zu verbinden.

Deshalb ist es uns auch besonders wichtig, den wissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern. Aktuell arbeiten 35 Doktoranden allein in der Helmholtz-Energie-Allianz.

Herr Prof. Leibfried, wir bedanken uns für das Gespräch.

 

Text: Robert Uhde
Copyright Fotografie: Jan Haas / dpa (Header), Helmholtz-Zentrum Berlin