Das Stromnetz von morgen meistern

Schwankungen flexibel ausbalancieren

Wasserkraftwerke und Speichergeräte jeglicher Grösse sind perfekte Ausgleichsmittel – aber auch die Konsumenten spielen entscheidend mit: Dank neuen Technologien können sie Energie nicht nur effizienter, sondern auch smarter nutzen und so am Lastverteilungsprozess teilnehmen. Die Folge sind flexible Kapazitäten vom Hochspannungs- bis hinunter zum Niederspannungsnetz. Natürlich möchten wir all diese Ressourcen möglichst optimal einsetzen, aber es werden Millionen sein. Wir müssen also Mittel und Wege finden, diese Netzelemente sowohl lokal als auch über sämtliche Systemebenen hinweg zu koordinieren.

Mehr Grips für schlaue Komponenten

Angesichts der wachsenden Menge an Akteuren, verfügbaren Daten sowie steigender Rechenleistung wird das Konzept der lokalen Intelligenz und Entscheidungsfindung immer wichtiger. Von Daten und Offline-Simulationen können wir lernen, welche Entscheidungen optimal sind. Damit lassen sich Entscheidungsfindungskurven für den Online-Betrieb kreieren, so dass kein zentraler Koordinator mehr benötigt wird.

In der Realität funktionieren heute die meisten lokalen Schemas nach demselben starren Prinzip. Ein Beispiel ist die Spannungsregelung von Photovoltaik-Anlagen in Deutschland: Um die Spannung innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten, verwendet man überall dieselben vordefinierten Kurven. Wenn das Netz nun so vielfältig wird, wie wir denken, dann sollten man die Prozesse standardisieren, wie man optimale Betriebseinstellungen findet, aber nicht die einzelnen Entscheidungsfindungskurven. Nur so lassen sich sämtliche Elemente optimal verwenden.   

Komponenten sollen kommunizieren

Verteilte Optimierung hebt lokale Intelligenz auf die nächste Stufe: Dezentrale, schlauen Ressourcen tauschen untereinander Informationen aus und versuchen, sich zu koordinieren. Die besten Aktionen der einzelnen Komponenten finden sich in der Regel in einem iterativen Prozess: Sie kommunizieren miteinander und passen ihre jeweiligen Entscheidungsgrundlagen so lange an, bis sie eine optimale Einigung erzielen. Das Konzept der verteilten Optimierung ist relativ alt, hat aber jüngst in der Energieforschung wieder an Bedeutung gewonnen.

Und die altbekannte zentrale Kontrolle?

Trotz zunehmend smarteren Netzkomponenten bin ich davon überzeugt, dass die heute vorherrschende zentralisierte Entscheidungsfindung im Energiesystem auch in Zukunft ihre Berechtigung haben wird. Die Stromversorgung ist zu komplex und zu wichtig, als dass man auf ein gewisses Mass an zentralisierter Kontrolle verzichten könnte. Die Frage ist vielmehr, welche Entscheidungen lokal und welche zentral gefällt werden können, und wer mit wem interagieren soll.

Blick aufs grosse Ganze

Wer das künftige Stromnetz betreiben will, muss abgesehen von der Technik noch weitere Aspekte berücksichtigen. Elektrizität wird auf Strommärkten gehandelt, deren Regeln und Struktur das System massgeblich beeinflussen. Den Rahmen für die Märkte und Betriebsverfahren wiederum liefert die Politik.

Wir müssen deshalb das Gesamtbild im Auge behalten. Das gelingt nur, wenn wir alle Ebenen und Abhängigkeiten sorgfältig simulieren. Im Nexus-Projekt arbeiten wir interdisziplinär daran, eine Plattform zu bilden, die genau das kann. Die Simulationen dienen dazu, neue Ansätze für den Betrieb zu testen und zu bewerten. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, das gesamte Puzzle zu sehen und nicht nur die einzelnen Teile. Daran arbeiten wir.