Energiewende
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In den Medien wird oft von dem sogenannten „zellulären Ansatz“ berichtet. Was steckt dahinter und kann so die Stromversorgung gesichert werden?

Frage von A., 03. Februar 2020

Zunächst vielen Dank für Ihre interessante Anfrage. 

Die Notwendigkeit des Stromnetzausbaus ergibt sich vorrangig aus der Wandlung unseres Energiesystems, die mit der Energiewende einhergeht. Die aktuell noch laufenden Kernkraftwerke werden bis zum Jahr 2022 vom Netz genommen. Diese stehen häufig dort, wo viel Strom benötigt wird – etwa in süd- und westdeutschen Ballungsräumen. Deren Strombedarf können regenerative Energien vor Ort nicht schließen. Deshalb entstehen große Windparks – vor allem in Ost- und Norddeutschland und auf hoher See. Der dezentral und weit von den Verbrauchszentren erzeugte Strom muss über die Stromübertragungsnetze dahin transportiert werden, wo er benötigt wird. 

Die große Herausforderung ist dabei, die Gewährleistung von Lastausgleich, Stabilität und Versorgungssicherheit auch im europaweiten Stromverbund. Eine Alternative zum Verbundkonzept ist das Zellenkonzept bzw. der “Zellulare Ansatz”. 

Ein sogenannter “Zellulare Ansatz” anstelle von oder unterstützend zum Stromnetzausbau zur Energieversorgung wird in verschiedenen Untersuchungen beleuchtet, u. a. In der gleichnamigen VDE/ETG-Studie aus dem Jahr 2015 [1]. Der in dieser Studie dargestellte Ansatz gibt eine Antwort auf die Frage: “Wie kann der Stromnetzausbau verringert werden?”. 

Die Grundidee des Konzepts „Zellularer Ansatz“ besteht laut VDE darin, dass auf lokaler Ebene von Haushalten bis Industrie sogenannte „Energiezellen“ gebildet würden, bei denen der Energiehaushalt sowie der Energieaustausch untereinander plan- und steuerbar seien. Die lokalen Energiezellen würden durch Energienetze und Kommunikationssysteme untereinander verbunden und bildeten übergeordnete größere Energiezellen mit spezifischen Schnittstellen und Eigenschaften. Eine vollständige Energiezelle bestünde aus den Komponenten Erzeuger, Wandler, Speicher, Netzanschluss, Lasten sowie schutz- und leittechnische Einrichtungen. Die Reduktion des Netzausbaus sei umso größer, je besser Stromangebot und -nachfrage in den Energiezellen austariert werden ([1] und [2]).

Neben dem gesetzlich festgelegten Stromnetzausbau lässt die Bundesregierung auch in mehreren Bereichen das Thema Netzoptimierung und damit u. a. auch den “Zellularen Ansatz” untersuchen (vgl. [3]). Prinzipiell gilt in Deutschland für den Stromnetzausbau das NOVA-Prinzip. NOVA steht für: Netz-Optimierung vor Verstärkung vor Ausbau. D.h. zunächst sind bestehende Stromleitungen optimal auszunutzen und bei Bedarf zu verstärken. Erst wenn ihre Kapazitäten ausgeschöpft sind, werden neue Leitungen geplant. 

Die bereits durchgeführten wissenschaftlichen Untersuchungen zum “Zellularen Ansatz” zeigen, dass zur Nutzung der Vorteile des beschriebenen Ansatzes einer umfassenden Umstellung des gesamten Energiesystems nötig sei. Die technischen Voraussetzungen für den zellularen Ansatz seien aktuell noch nicht umfassend vorhanden und erforderten zudem einen hohen Investitionsbedarf. Stromverbraucher müssten hierfür bspw. “smarte” Zählsysteme, intelligente Energiemanagementsysteme oder Energiespeicher installieren. Darüber hinaus wäre ein noch größerer Ausbau der erneuerbaren Energien nötig. Für die intelligente Steuerung von Stromangebot und -nachfrage sei ein leistungsfähiges Kommunikationsnetzwerk nötig, das alle Akteure in Echtzeit miteinander verbindet. All dies erfordere umfangreiche Investitionen, die von der Gesellschaft getragen werden müssen. Auf Basis der bestehenden Untersuchungen wird davon ausgegangen, dass der “Zellulare Ansatz" mit den umfassenden kleinteiligen Maßnahmen, Speichern und mehr Erneuerbaren-Ausbau teurer als der gesetzlich festgelegte Stromnetzausbau würde. Das energiepolitische Zieldreieck setzt jedoch voraus, dass die Stromversorgung neben der Versorgungssicherheit und der Umweltverträglichkeit auch das Kriterium der Bezahlbarkeit erfüllt [4]. 

Darüber hinaus erfordere die Steuerung der Zellen an sich sowie der Zellen untereinander gemäß wissenschaftlicher Untersuchungen einen sehr großen Datenaustausch. Hiefür sei neben der erwähnten Infrastruktur, welche solche großen Datenmengen bewältigen kann, auch ein Sicherheitssystem vonnöten, welches sowohl eine Manipulation als auch einen Missbrauch der Daten verhindert. Andernfalls könnten Hacker erheblichen Schaden anrichten [4].

Die Studie des VDE und der ETG kommt zu dem Schluss, dass eine autarke Versorgung von Energiezellen nur bei Haushalten und ausgewählten Energiezellen im Bereich Dienstleistungen möglich ist. Die weiteren Energiezellen im Bereich Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und insbesondere Industrie erfordern zwingend eine Vernetzung, zumindest auf regionaler Ebene [1].

Insgesamt lässt sich festhalten, dass der “Zellulare Ansatz” eine Möglichkeit sein könnte, den zukünftigen Stromnetzausbau zu verringern. Aufgrund der Konzentration der erneuerbaren Energien in den norddeutschen Bundesländern und den Verbrauchszentren in West- und Süddeutschland werde der “Zellulare Ansatz” gemäß der genannten Studien den Netzausbau jedoch nicht überflüssig machen, sondern einen Teil zum Gelingen der Energiewende beitragen können. 

Welches Potential im “Zellularen Ansatz” steckt, wird sich erst in den nächsten Jahren zeigen und hängt neben der weiteren Untersuchung der Bezahlbarkeit auch von der Bereitwilligkeit des Datenaustausches innerhalb der Bevölkerung (Informationssicherheit) und der Entwicklung der Speichertechnologien ab.

Für weitere Informationen und Rückfragen stehen wir gerne jederzeit zur Verfügung.

Mit freundlichen Grüßen 

 Redaktion Bürgerdialog Stromnetz

[1] VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. und ETG Task Force Grundsätzliche Auslegung neuer Netze: Der zellulare Ansatz – Grundlage einer erfolgreichen, regionenübergreifenden Energiewende, Frankfurt am Main, Juni 2015 https://www.vde.com/de/etg/publikationen/studien/vdeetg-studiederzellulareansatz

[2] VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.: Zellulares Energiesystem - Ein Beitrag zur Konkretisierung des zellularen Ansatzes mit Handlungsempfehlungen, Mai 2019
https://www.vde.com/resource/blob/1884494/98f96973fcdba70777654d0f40c179e5/studie---zellulares-energiesystem-data.pdf

[3] Aktuelle Forschungsprojekte der Bundesregierung zu diesem Thema:
https://forschung-energiespeicher.info/
https://www.fona.de/de/themen/leitinitiative-energiewende.php
https://www.bmwi.de/Navigation/DE/Service/Publikationen/publikationen.html

[4] Max-Planck-Gesellschaft: Smart-Grid - einfach selbstorganisiert, Januar 2015
https://www.mpg.de/8913465/stromnetz-intelligent-dezentral-smart-grid

Antwort von Redaktion, 13. Februar 2020

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