Lücken sind ja irgendwie immer ein Problem. Lücken in der Stromversorgung ganz besonders; sie können dramatische Folgen haben. Sogenannte Blackouts lassen dann mitunter ganze Stadtteile oder komplette Regionen ohne Energieversorgung.

Als jüngst ein Luftballon mit Metallbeschichtung in ein Umspannwerk im Dresdner Süden schwebte und sich dort in einer Leitung verfing, brach in der Elbestadt bekanntlich über viele Stunden das Stromnetz zusammen. Aber natürlich sind die Netze grundsätzlich darauf ausgerichtet, auch für solche Ernstfälle umgehend zusätzlichen Strom bereitstellen zu können. Kernkraftwerke, Gaskraftwerke oder auch Kohlekraftwerke stehen dann bereit, kurz- bis mittelfristig weitere Kapazitäten in Sekundenschnelle in die Netze einzuspeisen.

Sehr vereinfacht beschrieben funktioniert das so: Antriebsstränge in Großkraftwerken – bestehend aus Turbine und Generator – wirken aufgrund ihrer großen rotierenden Massen wie sogenannte Schwungradspeicher. Heißt, sie drehen sich während der Stromerzeugung permanent und sind damit „voller“ Rotationsenergie, die zunächst ungenutzt bleibt. Fällt aber die Netzfrequenz zum Beispiel durch Überlastung oder zu geringer Energieeinspeisung kurzfristig unter die zulässigen Grenzwerte, kann der Generator diese im Antriebsstrang quasi gespeicherte Energie sehr schnell automatisch ins Netz abgeben und damit die Stromlücke kurzfristig überbrücken. Im Prinzip wäre das so, als würde man neben eine Batterie noch ein paar weitere Speicherzellen platzieren, die im Ernstfall zusätzlich Strom abgeben. „Das geht zwar nur wenige Sekunden bis Minuten, aber das reicht kurzfristig aus“, weiß Professor Wilfried Hofmann vom Elektrotechnischen Institut der TU Dresden. „Es geht ja wie erwähnt nur um die kurze Lücke, ums Überbrücken, bis in einem anderen Kraftwerk ein neuer Block hochgefahren worden ist.“

Anlagen mit erneuerbarer Energie liefern zu wenig Strom

Nun werden aber die bisherigen Stromerzeuger nach und nach abgeschaltet. Sie sollen durch erneuerbare Energie ersetzt werden; durch Windkraftanlagen zum Beispiel. Problem: Je mehr Wind- und Photovoltaik-Kraftwerke entstehen, desto weniger konventionelle Großkraftwerke sollen am Netz bleiben. Dadurch wird aber auch die beschriebene sogenannte Momentanreserve durch Ausnutzung des Schwungradeffekts immer geringer.

Prof. Hofmann sowie Prof. Steffen Bernet und ihre Teams vom Elektrotechnischen Institut entwickeln nun gemeinsam mit der Firma Siemens Energy Global GmbH, der TU Dortmund, der Firma Amprion GmbH und der Leibniz-Universität Hannover eine Anlage, die Energienetze auch aus erneuerbarer Energie stabil halten kann. Das auf vier Jahre ausgelegte und vom Bundeswirtschaftsministerium mit rund 590.000 Euro geförderte Forschungsprojekt ist ARESS überschrieben und steht für den Asynchronen rotierenden Energie-System-Stabilisator. „Das Prinzip ist dabei kein neues, aber es muss auf die speziellen Ansprüche angepasst werden“, so der Dresdner Elektrotechnik-Experte. „Das Schwungrad dreht sich mit einer anderen Drehzahl als die Netzfrequenz vorgibt, also asynchron und ist regelbar“, beschreibt Prof. Wilfried Hofmann. Dieser Geschwindigkeitsunterschied ermöglicht eine höhere Energiespeichermenge dieser Schwungräder, die dann im Ernstfall abgegeben werden kann. An der TU Dresden werden nun Regelungsstrategien und Leistungselektronik entwickelt, die kompletten Energiesystemen helfen, stabil zu bleiben. „Denn natürlich gibt es da eine Menge Herausforderungen, die noch gelöst werden müssen“, weiß der Dresdner Wissenschaftler. Im Moment bauen er und die Ingenieure seines Instituts gemeinsam mit der Firma Siemens Energy einen sogenannten Demonstrator, an dem all das getestet werden kann.