Die Kombination bringt's

Das dreijährige Forschungsprojekt »Kombikraftwerk 2« ist beendet, wie die Zeitschrift Photon mitteilt. Ziel war die Simulation einer Stromversorgung aus 100 Prozent erneuerbaren Energien. Die zur Netzstabilisierung erforderliche Regelenergie stammte im Szenario aus Gaskraftwerken, die mit Methan aus »Power to Gas«-Anlagen versorgt wurden. 

Überschüssiger Strom wird hierbei zur elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff genutzt, der zusammen CO2 zu Methan umgewandelt wird. Laut einer Mitteilung der zum Projektkonsortium gehörenden Siemens-Forschung Corporate Technology ging das Szenario dabei von der Verwendung von abgeschiedenem CO2 fossiler Kraftwerke aus; technisch ist auch die Gewinnung von CO2 aus der Luft möglich. Basierend auf Wetter- und Stromverbrauchsdaten wurden für jede Stunde eines Jahres Stromerzeugung und -bedarf sowie die daraus resultierenden Stromtransporte im Netz ermittelt. Die Steuerung von Windkraftanlagen über die Rotorstellung und von Photovoltaikanlagen über die Wechselrichter war Teil der Simulation und eines begleitenden Feldversuchs. Nach Angaben von Siemens wurde bewiesen, »dass ein nur mit regenerativem Strom gespeistes deutschlandweites Netz in Zukunft stabil betrieben werden kann.« Neben Siemens waren an dem Vorhaben der Deutsche Wetterdienst, der Windanlagenbauer Enercon, das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), der Biogasanlagenbauer Ökobit, die Leibnitz Universität Hannover, der Wechselrichterhersteller SMA Solar Technology, der Solarkonzern Solarworld und die Agentur für Erneuerbare Energien beteiligt. 

Gemäss der Firmenmitteilung von Siemens werden die Erneuerbaren Energien im Stromerzeugungsmix weltweit immer größere Bedeutung bekommen. Vorreiter hier ist Deutschland. Während die Diskussionen um das richtige Marktmodell für eine erfolgreiche Energiewende noch laufen, zeigt sich auf technischer Seite, dass die große Herausforderung, nämlich die natürlichen Schwankungen von Wind- und Solarenergie, künftig beherrschbar sein werden. Das Forschungsprojekt Kombikraftwerk 2 beweist, dass ein nur mit regenerativem Strom gespeistes deutschlandweites Netz in Zukunft stabil betrieben werden kann. Die Partner - darunter die globale Siemens-Forschung Corporate Technology - zeigten zudem, dass Solar-, Wind- und Biogaskraftwerke bereits heute einen Beitrag zur Systemstabilität leisten können, wenn sie zu einem intelligent gesteuerten Kombikraftwerk zusammengeschaltet sind.

In dem Szenario spielen neben Wind, Solar-, Bio- und Geothermieanlagen sowie Wasser- und Pumpspeicherkraftwerken sogenannte Power-to-Gas-Anlagen eine zentrale Rolle. Überschüssiger Strom dient zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoff, der - zusammen mit dem aus fossilen Kraftwerken abgetrennten CO2 zu Methan umgewandelt - in das öffentliche Gasnetz eingespeist wird. Daraus erzeugen Gaskraftwerke bei Engpässen Strom. Auf der Grundlage von Wetter- und Stromverbrauchsdaten ermittelten die Simulationen für jede Stunde eines Jahres räumlich hoch aufgelöst Stromerzeugung und -bedarf sowie die daraus resultierenden Stromtransporte im Netz.

Um Blackouts zu vermeiden, müssen Netzfrequenz und -spannung stabil gehanlten werden. Kraftwerke sind verpflichtet, hierfür bestimmte Mengen an Blind- und Regelleistung bereitzustellen. Um die Leistungsreserven vorzuhalten, wurden in dem Szenario Windkraftanlagen über die Rotorstellung gedrosselt und Photovoltaikanlagen über die Wechselrichter abgeregelt, die den Strom ins Netz einspeisen. Die Simulationen und der Feldversuch zeigen, dass ein Kombikraftwerk aus erneuerbarer Erzeugung, Gasturbinen und Speichern innerhalb von Sekunden die nötige Leistung liefern kann.

Die Experten von Siemens Corporate Technology stellten Optimierungsberechnungen zum wirtschaftlichen Bau von Elekrolyseuren und Methankraftwerken an und ermittelten den Netzausbaubedarf. Sie berechneten außerdem für jeden Zeitpunkt und jeden Ort die Leistungsflüsse im Stromnetz und ermittelten zusammen mit der Universität Hannover den jeweiligen Blind- und Regelleistungsbedarf und wiesen damit detailliert nach, wie zu jedem Zeitpunkt des Jahres die Systemstabilität gewahrt bleibt. Partner im dem dreijährigen Forschungsprojekt Kombikraftwerk 2 waren neben Siemens der Deutsche Wetterdienst, Enercon, das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), Ökobit, die Leibniz Universität Hannover, SMA Solar Technology, SolarWorld, und die Agentur für Erneuerbare Energien. 

Quelle: Siemens

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