PIK-Studie zur Stabilität von Stromnetzen:
Durchgangsstraßen statt Sackgassen
Potsdam (LiZ). WissenschaftlerInnen vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) haben herausgefunden, wie Stromnetze kostengünstig für die Anforderungen der erneuerbaren Energien optimiert werden können.
Im Zuge der Energie-Wende - derzeit zwar von der "schwarz-roten" Bundesregierung sabotiert, letztlich aber nicht aufzuhalten - werden immer mehr Stromerzeuger ins Netz einspeisen. Weil die Stromproduktion der erneuerbaren Energien aber - je nach Windverhältnissen, Sonnenschein-Dauer und Wasserstand von Bächen und Flüssen - schwankt, muß Vorsorge für die Netz-Stabilität getroffen werden. Um dies optimieren zu können, haben WissenschaftlerInnen vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) eine neuartige Methode zur Analyse nicht-linearer Systeme entwickelt. Das Ergebnis läßt sich stark vereinfacht so zusammenfassen: Wenn Sackgassen im Stromnetz an zusätzliche Verbindungen angeschlossen werden, erhöht sich die Netz-Stabilität deutlich. Eine Fallstudie zu Skandinavien bestätigt dies.
"Die billigste und daher am weitesten verbreitete Art, neue Strom-Erzeuger ans Netz anzuschließen, ist der Bau von einzelnen neuen Verbindungen, zum Beispiel von einem Netzknoten zu einem Kraftwerk," erklärt Peter Menck, Leit-Autor der im Fachmagazin 'Nature Communications' erschienenen Studie. "Das ist, wie wenn man in einem verzweigten Straßennetz einfach eine Sackgasse dazu baut." Um die Wirkung dieser Vorgehensweise auf das Stromnetz zu testen, haben die WissenschaftlerInnen in einem Standardmodell der Elektro-Ingenieure größere Störungen simuliert. "Es zeigt sich, daß in der Nähe dieser wie Sackgassen ans Netz gebauten Stromleitungen die Widerstandsfähigkeit gegen Störungen merklich herabgesetzt ist," so Menck. Was auf den ersten Blick als kostengünstig erscheint, zieht also auf längere Sicht ein beträchtliches Risiko nach sich und kommt auf die Dauer teurer zu stehen.
Mit Hilfe zusätzlicher Verbindungen läßt sich das Netz wesentlich stabiler knüpfen: Störungen stauen sich so nicht an Sackgassen, sondern "zerfließen" so im Netz in viele Richtungen. Um diese so minimierten Störungsausläufer abzufangen, genügen dann die üblichen technischen Schutzvorrichtungen an den Netzknoten. "Im Vergleich zu den möglichen Kosten eines Blackouts ist der Zubau von ein paar neuen Verbindungsleitungen ganz sicher bezahlbar," erläutert der Ko-Autor der Studie und Direktor des PIK Hans Joachim Schellnhuber.
Diese neuen Erkenntnisse über die Funktionsweise von Netzen wurden möglich, weil die ForscherInnen zum ersten Mal auf ein neuartiges mathematisches Konzept zur Quantifizierung von Stabilität zugreifen konnten, das am PIK entwickelt wurde. "Von Energienetzen bis hin zum Dschungel des Amazonas oder zu Zellen im Körper des Menschen - dies alles sind Systeme, die mehrere verschiedene stabile Zustände annehmen können," erklärt Jürgen Kurths, Leiter des PIK-Forschungsbereichs 'Transdisziplinäre Methoden und Konzepte' und Ko-Autor der Studie.
"Um sogenannte Monster-Stromausfälle zu verstehen, oder ein Absterben des Regenwaldes oder Krebs, ist es erforderlich, die Stabilität von Systemen in Zahlen fassen können - und genau dazu sind wir jetzt in der Lage," so Kurths. Das Konzept sieht die verschiedenen stabilen Zustände eines Systems als Punkte in einer bergigen Landschaft, mit steilen Felsen und tiefen Tälern. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein System nach einem starken Stoß wie ein Ball in eine bestimmte Senke zurückrollt, hängt von der Größe dieses Tals ab. Die vorgelegte Studie ist ein Beispiel dafür, daß innovative Lösungen - in diesem Fall sogar auf der Grundlage bereits heute verfügbarer Technologien - bei der Realisierung der Energie-Wende helfen können.
Anmerkungen
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