Das Kraftwerk wird dynamisch und virtuell

Dass Sonne, Wind und Wasser die Energiequellen der Zukunft sind, wohingegen Kraftwerke, die mit Kohle und Gas arbeiten, sukzessive verschwinden werden, wissen wir alle. Man kann es unter anderem auf der Webseite des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie nachlesen: Sie meldet im September 2020 stolz, dass der Anteil der Erneuerbaren Energien am Stromverbrauch inzwischen bei rund 42 Prozent liege und auch bei der Wärmeversorgung eine immer wichtigere Rolle spiele.

Weniger bekannt ist, dass das bestehende Energieversorgungssystem erst einmal grundlegend umgebaut werden muss, wenn dezentral eingespeiste Erneuerbare Energien (EE) die konventionelle Energieerzeugung nicht nur ergänzen, wie derzeit der Fall, sondern schrittweise ablösen. Dieser Transformationsprozess beschäftigt vier Ingenieurwissenschaftler der HTW Berlin in ihrer Forschung.

Zehn Partner in vier europäischen Ländern

Der besagte Umbau ist alles andere als trivial, was man auch daran erkennen kann, dass Prof. Dr. Horst Schulte, seine wissenschaftlichen Mitarbeiter Dr. Stephan Kusche, Florian Pöschke sowie Prof. Dr. Jens Fortmann, Prof. Dr. Norbert Klaes und Prof. Dr. Jochen Twele im Projekt „POSYTYF“ in den nächsten drei Jahren mit zehn Partnern aus vier EU-Ländern zusammenarbeiten und das Projekt von keiner geringeren Einrichtung als der Europäischen Kommission gefördert wird. „Wir müssen bei der Energieversorgung in europäischen Dimensionen denken“, sagt Prof. Dr. Horst Schulte. Schließlich kann im Süden mehr Sonnenenergie gewonnen und im Norden mehr Windenergie erzeugt werden.

Auch Millisekunden zählen

Denn ganz egal wo die Energie erzeugt und an welchem Ort sie eingespeist wird - die Stromversorgung muss stabil sein, sprich: eine konstante Frequenz von 50 Hertz aufweisen sowie eine gleichbleibende Spannung. Sie darf nicht einmal für einige Millisekunden unterbrochen werden – was unmittelbar einleuchtet, denkt man an elektronisch gesteuerte Hochgeschwindigkeitszüge, an Operationen in Kliniken, Fahrten im Fahrstuhl oder Dienstleistungen großer Rechenzentren, um nur einige Beispiele zu nennen.

Der Strom muß gleichmäßig fließen

Diese Stabilität zu gewährleisten, darin besteht die technische Herausforderung. Jene rund 30 konventionellen Großkraftwerke – gemeint sind Kraftwerke ab 800 Megawatt -,  die gegenwärtig allein in Deutschland mit gewaltigen Turbinen auf der Grundlage von Kohle, Gas oder Atomstrom Energie erzeugen, vermögen mit robusten Synchronmaschinen auch große Schwankungen zu kompensieren. Erneuerbare Energien hingegen fluktuieren und speisen Energie mittels empfindlicher Leistungselektronik in das Netz ein. Dabei scheint mal die Sonne, mal scheint sie nicht, auf heftigen Wind folgt eine Flaute, ein umgestürzter Baum kann ein ganzes Teilnetz lahmlegen. Doch der Strom muss gleichmäßig fließen.

Das virtuelle und dynamische Kraftwerk

Die Lösung kommt in Gestalt eines dynamischen, virtuellen Kraftwerks daher. „Darunter dürfen Sie sich keinen realen Ort vorstellen“, erklärt Horst Schulte, „sondern eine ausgetüftelte Regelstrategie, die in der Lage ist, ein Portfolio von Stromquellen zu bilden und die Ressourcen bei meteorologischen und systembedingten Schwankungen optimal umzudisponieren“. Vereinfacht ausgedrückt: Wenn Windpark A meldet, dass keine zusätzliche Energie produziert werden kann, muss ohne Verzug Windpark B einspringen.

Kick-off-Meeting per Video

Die durchaus kleinteiligen und voraussetzungsvollen Details der Regelstrategie sollen im Projekt POSYTYF – das Akronym steht für POwering SYstem flexibiliTY in the Future through RES - bis Mai 2023 gemeinsam entwickelt werden, auf der Grundlage von komplexen Methoden und mathematischen Modellen. Wie man die Arbeitspakete verzahnt und die Zusammenarbeit realisiert, haben die zehn Partner aus Deutschland, Spanien, Frankreich und der Schweiz beim Kick-off-Meeting in einer Videokonferenz schon geklärt. Mit von der Partie sind vier Hochschulen, darunter die ETH Zürich, sowie verschiedene Industriepartner, beispielsweise die auf die Steuerung von Kraftwerken spezialisierte Bachmann Electronic GmbH sowie der französische Übertragungsnetzbetreiber Reseau de Transport d'Electricite (RTE).

Erst mathematische Modelle, dann Simulationen

Die HTW-Wissenschaftler werden sich um die flexible und bedarfsorientierte Integration von regenerativen Energiequellen in das virtuelle Kraftwerk kümmern. Auch sie arbeiten primär mit Modellen der Stromerzeugung und der Stromnetze sowie der Interaktion der verschiedenen Kraftwerke. Für den Test ihrer Simulationen werden sie den 300 Quadratmeter großen, hochschuleigenen Prüfstand nutzen. Er „versteckt“ sich in dem fensterlosen Klinkerbau zwischen Waschbar und Gebäude G auf dem Campus Wilhelminenhof, ist aber gut ausgestattet. Horst Schulte ist zuversichtlich, dass in drei Jahren tatsächlich Ergebnisse vorliegen. Schließlich sei man ein eingespieltes Team und beginne man nicht bei Null, sondern habe sich mit der Materie im Vorgängerprojekt „Windkraftwerk“ bereits intensiv beschäftigt. Dafür gab es 2019 den Forschungspreis der HTW Berlin.

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