Professor der Hochschule Ulm für herausragende Leistungen im Bereich der Energieforschung gewürdigt

Wie sieht das Stromnetz der Zukunft aus?

Heilschers Forschungsgebiet „Intelligente Stromnetze für die Energiewende“ markiert eine der Schlüsseltechnologien für die Integration regenerativer Energien, wovon der Erfolg der Energiewende und damit die Realisierung einer nachhaltigeren Energieversorgung wesentlich abhängen.„Intelligente Netze“ müssen flexibel auf die wechselnde Intensität von Energieeinspeisung durch verschiedene Quellen reagieren können. Eine öffentlich wenig diskutierte Folge der verstärkten Nutzung regenerativer Energien und ihrer Einbindung in moderne Gebäudekonzepte ist, dass gerade die lokalen Netze in ihrer heutigen Form für die dezentrale Einspeisung durch Solaranlagen nicht geplant sind. Ursprünglich werden Verteilnetze zentral gesteuert und sind darauf ausgerichtet, dass der Verbraucher Energie für Herd, Waschmaschine und andere Geräte bezieht. Heute schicken Haushalte nun aber selbst Strom in die Leitungen hinein, so dass die Energieströme in zwei Richtungen fließen.

Als national und international anerkannter Experte für intelligente Stromnetze leistet Gerd Heilscher, der Elektrotechnik in München und Regenerative Energiesysteme in Oldenburg studiert hat, einen entscheidenden Beitrag für die nachhaltige Entwicklung der lokalen Energiewirtschaft in Ulm. Im engen Austausch mit dem Kooperationspartner, der Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze GmbH, verfolgt er die Fragestellung: „Was kostet ein intelligentes Stromnetz für Ulm?“

Zentrale Forschungsthemen, um fundierte Antworten auf diese Frage zu finden, sind die Analyse von Stromverteilnetzen, die Nutzung von Intelligenten Zählern als Kommunikationsbausteine, die Weiterentwicklung der Energie-Meteorologie und die Qualitätssicherung von Solarstromanlagen. Das Zusammenwirken dieser Faktoren untersucht Gerd Heilscher mit einem Forschungsteam aus zwei Doktoranden und vier Mitarbeitern seit 2011 in einem „realen Forschungslabor“ in Ulm-Einsingen, das 2013 um das Gebiet Senden-Hittistetten erweitert wurde. Unter anderem werden hier für die Netzanalyse und die Netzplanung Wohnhäuser mit „Smart Metern“ ausgestattet, Energiezählern für Strom und Gas, die dem Anschlussnutzer exakt den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit anzeigen. Aus den Messdaten erhält das Forscherteam unter Anderem wichtige Erkenntnisse über Stromnetzbelastungen und Spannungsänderungen bei hoher Photovoltaik-Einspeisung.

Folgende Erkenntnisse gibt es bereits aus den realen Forschungslaboren:

• Mit der vollständigen Nutzung aller gut geeigneten Dächer in den Testgebieten liefern die Solarstromanlagen in einem Jahr doppelt so viel Energie wie von den Bewohnern vor Ort benötigt wird. Das führt immer öfter dazu, dass der Strom die Richtung ändert und die Häuser mit Solarstromanlagen auch die Bewohner in der Umgebung mit versorgen.
• Wenn alle Dächer mit Solarmodulen belegt sind, wird die Spitzenleistung der Solarstromanlagen fünf bis zehnmal so hoch wie die maximale Belastung des lokalen Stromnetzes heute. Die Netzplanung, also die Auslegung von Kabeln und Transformatoren in einem Verteilnetz, muss sich deshalb in Zukunft an der maximalen Einspeisung der Solaranlagen orientieren.
• Mit der Einspeisung von Solarstrom steigt die Spannung im Verteilnetz. Die neuen Intelligenten Zähler können dabei helfen diesen Spannungsanstieg im Blick zu behalten und aktuelle Informationen des Netzzustands zurück an die Leitwarte der SWU zu liefern.
• Die Netzberechnungen für Einsingen und Hittistetten lieferten auch konkrete Antworten auf die Fragen wie viel Solarstromanlagen in den bestehenden Stromnetzen zusätzlich installiert werden können und welche Maßnahmen des Netzausbaus danach am wirksamsten und am kostengünstigsten sind.
• Der Durchzug von Wolken führt zu schwankender Solareinstrahlung und damit auch zu schnellen Änderungen der Solareinspeisung. Mit sekündlichen Messungen über mehrere Jahre konnte nachgewiesen werden, dass die Spannung deshalb bereits heute im Verteilnetz schwankt. Die schnellen Änderungen der Spannung auf Grund der Wolken sind aber vergleichbar mit den bisher wenig beachteten schnellen Änderungen der Energienutzung und stellen heute noch kein Problem dar.

Die aktuelle Herausforderung für Gerd Heilscher besteht nun darin die bisherigen Ergebnisse aus den Reallaboren in Einsingen und Hittistetten auf über 1000 Netzabschnitte in Ulm zu übertragen. Erst dann können die gesamten Kosten der Energiewende im Stromverteilnetz in Ulm berechnet und die weiteren Schritte zum Aufbau eines intelligenten Netzes abgestimmt werden.