Reihe "Das Stromnetz neu erfinden
Um die Welt vor den schlimmsten Umweltauswirkungen zu schützen und die Treibhausgasemissionen in der gesamten globalen Energieversorgungskette zu eliminieren, ist nicht nur ein Übergang zu mehr erneuerbaren Energiequellen erforderlich, sondern auch, dass die Stromnetze innovativer werden und bereit sind, die Herausforderungen einer nachhaltigen Stromerzeugung und -nachfrage zu bewältigen.
Intelligente Lösungen zur Erleichterung dieses Wandels gibt es bereits, aber ihre weltweite Einführung - und die Diskussion darüber, wie dieser Wandel schnell genug herbeigeführt werden kann - muss ganz oben auf die Tagesordnung gesetzt werden. Viel Energie und Ressourcen sind in die Entwicklung und Verbesserung der Effizienz erneuerbarer Energiequellen wie Sonne, Wind und Energiespeicherung geflossen. Bislang wurde jedoch weniger über die Rolle unserer Stromverteilungsnetze nachgedacht, die den Verbrauchern den Zugang zu erneuerbaren Energien ermöglichen.
Die heute genutzten Stromnetze haben sich seit ihrer Planung und Errichtung vor über einem Jahrhundert nicht wesentlich verändert. Andererseits haben sich die Stromerzeugung und die Energienachfrage erheblich verändert und müssen sich in den nächsten Jahrzehnten fortsetzen, um die globalen Dekarbonisierungsziele zu erreichen. Bis heute prognostizieren die Stromversorger den Verbrauch in der Regel anhand traditioneller Modelle, bei denen häufig Sicherheitsspannen von bis zu 100 Prozent des Spitzenverbrauchs eingerechnet werden, um Überlastungen und damit Ausfälle zu vermeiden. Niederspannungsnetze werden auf der Grundlage dieser Modelle mit minimaler Sichtbarkeit der aktuellen Last ausgelegt.
In der Vergangenheit war dies aufgrund der stabilen und vorhersehbaren Stromflüsse im Niederspannungsbereich kein Problem. Daher wurden Investitionen in die Echtzeitüberwachung von Niederspannungsnetzen als unnötig erachtet. In der gegenwärtigen Situation werden die Netzbetreiber jedoch mit Anfragen zum Anschluss neuer Generationen und Lasten an ihre Netze überflutet. Diese Anschlüsse erfolgen häufig auf den unteren Spannungsebenen, was dazu führt, dass die Verteilnetze zu Engpässen der Energiewende werden
Energieverbrauchsspitzen treten in der Regel nur während eines Bruchteils der 8.760 Stunden pro Jahr auf. Die Verbrauchsdaten der europäischen Verteilnetzbetreiber zeigen, dass im Durchschnitt nur 7 Prozent der verfügbaren Netzkapazität genutzt werden. Die gesamte zusätzliche Kapazität wird eingesetzt, um Ausfälle während dieser wenigen Spitzenstunden zu verhindern. Obwohl also die meiste Zeit über genügend Energie im Netz vorhanden ist, um alle neuen Anschlüsse aufzunehmen, wird sie nicht richtig genutzt. Letztendlich scheinen wir immer noch zu versuchen, die am stärksten vernetzte, produktivste und industriellste Wirtschaft, die die Welt je gesehen hat, mit einer Technologie zu betreiben, die über 100 Jahre alt ist. Edison, kannst du mich hören?
Die Hauptursache für diese ineffiziente Verwaltung ist die Art und Weise, wie Netzmonopole in der Regel reguliert werden, was bis jetzt vernünftig war. Um Anreize für die ordnungsgemäße Instandhaltung und den Ausbau der Netzkapazitäten zu schaffen, besteht das gängigste Regulierungsmodell darin, dem Netzbetreiber eine Investitionsrendite zu gewähren, die proportional zum Wert des Netzvermögens ist. Wer mehr Netze baut, erzielt einen höheren Gewinn. Die gute Nachricht ist, dass es Lösungen gibt, um die Effizienz bestehender Netze drastisch zu erhöhen, so dass sie die mit erneuerbaren Erzeugungs- und Verbrauchsmustern verbundenen Last- und Spannungsschwankungen besser bewältigen und ihren Auslastungsgrad deutlich erhöhen können. Nun muss auch die Regulierung geändert werden, um den Netzbetreibern Anreize zu bieten, diese neue Technologie zur Lösung der dringendsten Probleme zu nutzen.
Die Solarstromerzeugung auf dem Dach ist eine kosteneffiziente Lösung, um Haushalte aus der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu befreien. Leider schwankt die Stromerzeugung je nach Wetter und Jahreszeit stark und führt an sonnigen Tagen zu Überlastungen des Netzes. Gleichzeitig haben sich die Trends beim Stromverbrauch weiterentwickelt, da die Verbraucher mehr Energie nachfragen und gleichzeitig aktiv versuchen, ihr Leben zu entkarbonisieren, indem sie beispielsweise Autos mit fossilen Brennstoffen durch Elektrofahrzeuge ersetzen.
In Norwegen beispielsweise sind rund 80 Prozent aller verkauften Neufahrzeuge elektrisch. In den USA hat Kalifornien vorgeschrieben, dass alle nach 2035 verkauften Neufahrzeuge elektrisch sein müssen, gegenüber 18 Prozent im Jahr 2022. In China waren im Oktober 2022 ein Viertel aller verkauften Neuwagen Elektrofahrzeuge. Der Wandel auf der Verbraucherseite vollzieht sich schnell und erfordert eine rasche Anpassung der Stromnetzkapazitäten, um sicherzustellen, dass all diese Fahrzeuge effizient mit der benötigten Energie versorgt werden. Und es geht nicht nur um Elektrofahrzeuge. Die Umstellung von Gasheizkesseln auf Elektroheizungen für Privathaushalte wird eine weitere erhebliche Belastung für die Netze bedeuten. Die Versorgung von Elektrofahrzeugen ist zwar nur ein Teil des Marktes, aber ein sehr wichtiger.
Das künftige Energiesystem wird erfordern, dass die Elektrizitätsnetze flexibel und intelligent genug sind, um sich an Änderungen der Ein- und Ausgänge anzupassen.
Ignorieren des Managements
Doch obwohl die Vorteile intelligenter Lösungen zur Umgestaltung der alten Netze vielfältig sind, schenken nur einige Akteure dem Potenzial und dem Ausmaß der sozioökonomischen Auswirkungen, die ein solcher Wandel mit sich bringen könnte, genügend Aufmerksamkeit.
Die Welt setzt auf saubere Elektrizität, um unsere gesamte Wirtschaft zu dekarbonisieren, aber diese Wetten müssen von tiefgreifenden Veränderungen in der Art und Weise begleitet werden, wie elektrische Niederspannungsnetze verwaltet werden. Die ersten Schritte sind die Nutzung von Echtzeitdaten, die einen vollständigen Einblick in die Nachfrage ermöglichen, und der Einsatz von Analysen der Netzkapazität in Echtzeit. Diese beiden Faktoren würden es den Verteilern ermöglichen, das Netz näher an seinen Grenzen zu betreiben, mehr Leistung zu ermöglichen, den Anschluss erneuerbarer Energien zu beschleunigen und die Netzstabilität zu gewährleisten, während die Verschwendung minimiert wird.
Die Kosteneinsparungen durch das aktive Management der Verteilungsnetze belaufen sich auf Hunderte von Milliarden Dollar und kommen sowohl den Verteilungsbetreibern als auch den Stromverbrauchern zugute. Für die Gesellschaft ist dies ein Schritt, den sie nicht bereut.
Bessere und nachhaltigere Planung
Stromversorger können eine entscheidende Rolle dabei spielen, die Energiewende voranzutreiben und bezahlbaren und nachhaltigen Strom für alle zu ermöglichen. Im derzeitigen regulatorischen Umfeld fehlt es den Netzbetreibern jedoch an Anreizen für Veränderungen und sie haben Schwierigkeiten, Zugang zu detaillierten Echtzeitdaten von Kunden und an das Netz angeschlossenen Geräten zu erhalten. Daher sind sie gezwungen, ihre Planung und ihren Betrieb auf der Grundlage von Annahmen und veralteten Methoden durchzuführen, die nicht mehr zweckmäßig sind.
Mit den bestehenden Modellen überdimensionieren die Energieversorgungsunternehmen ihre Netze und erhöhen damit die Netzkosten für die Verbraucher. Die erforderlichen Netzverstärkungen sind oft langwierige und komplexe Projekte, die das Aufgraben von Straßen in städtischen Gebieten erfordern. Sie verursachen lange Vorlaufzeiten für den Anschluss neuer nachhaltiger Erzeugungs- und Lastanlagen und verbrauchen mehr natürliche Ressourcen als nötig. Die Beseitigung dieser Verschwendung und Ineffizienz wird für die Bewältigung der für die Zukunft erforderlichen Energiewende von entscheidender Bedeutung sein. Viele Verteilerunternehmen unternehmen bereits Schritte zur Einführung intelligenter Lösungen und tragen damit zu einer größeren globalen Nachhaltigkeit bei. Aber die Diskussion darüber, wie wir die Umgestaltung der Verteilungsnetze beschleunigen können, muss in der gesamten Gesellschaft, einschließlich der Netzbetreiber, der Regulierungsbehörden, der politischen Entscheidungsträger und der Industrie- und Privatkunden, intensiviert werden. Alle Akteure der gesamten Energieversorgungskette müssen ihren Teil zur Lösung beitragen, denn die Energiewende ist eine dringende globale Notwendigkeit.
Das Stromnetz, wie wir es kennen, hat uns zwar gute Dienste geleistet, ist aber seit mehr als 100 Jahren unverändert geblieben. Selbst mit dem heutigen Stand der Technik haben die Netzbetreiber nur einen begrenzten Einblick in das, was im Netz unterhalb von 20.000 Volt passiert.
Es ist an der Zeit, dass sich das ändert.
/Alberto Mendéz
