Evolution des Stromnetzes

Die Energie- und Klimawochenschau: Die Gleichstrom-Supergrids kommen - Grund zur Euphorie oder das Ende der Diversifizierung?

Sind die Tage herkömmlicher fossiler- und nuklearer Großkraftwerke gezählt? Schlecht fürs Klima und die Umwelt, unflexibel, inneffizient und angewiesen auf endliche Energieträger, das sind die Kritikpunkte an herkömmlichen Großkraftwerken. Aber solange die Erneuerbaren nicht kontinuierlich genug Energie liefern, um den Bedarf zu decken, geht es nicht ohne die Monolithe. Ein grundlegender Wandel ist jetzt in Sicht, denn ihr Alleinstellungsmerkmal "Grundlastfähigkeit" verlieren sie gerade. Hochspannungs-Gleichstrom-Netze sollen statt dessen regenerative Stromerzeuger, Speicher und Verbrauchszentren auch über große Distanzen miteinander verbinden und so sauberen Strom nach Bedarf liefern.

In Zukunft vernetzt

Die Nachrichten über realisierte und geplante Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HGÜs) häufen sich. Die nächste Ausbaustufe wird jetzt in Angriff genommen: die Vernetzung einzelner Gleichstromfernleitungen zum "Supergrid" für regenerativ erzeugten Strom.

Letzte Woche wurde bekannt, dass neun mittel- und nordeuropäische Staaten unter dem Projektnamen "North Seas Countries' Offshore Grid Initiative" den Bau eines Hochspannungsgleichstromverbundnetzes in der Nordsee planen. Prototyp dafür ist die 580 km lange 450 kV NorNed Gleichstromtrasse zwischen Feda in Norwegen und Eemshaven in den Niederlanden. Sie macht seit ihrer Inbetriebnahme vor 18 Monaten den Austausch und die Pufferung niederländischen Windstroms in norwegischen Pumpspeicherbecken und im Gegenzug die Lieferung von Wasserkraft aus Skandinavien möglich. Weitere Gleichstromkabel über mittlere Entfernungen liegen bereits zwischen Dänemark und Schweden (Konti-Skan) und zwischen Norwegen und Dänemark (Cross-Skagerrak). Die nächste Direktverbindung soll das 260 km, lange BritNed zwischen Großbritannien und den Niederlanden sein.

Gleichstrom Hochspannungsleitungen sollen die neuen "Förderregionen" für regenerativen Strom per Nordsee-OffshoreGrid und Mittelmeertraversen mit den Verbrauchsregionen Mitteleuropas verbinden. Bild: Dena/Siemens

Auch außerhalb Europas werden die HGÜs immer leistungsfähiger. Siemens baut in China derzeit eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke für eine Betriebsspannung von 800 Kilovolt. Bisher waren 500 kV die Obergrenze. Die neue HGÜ-Strecke verläuft zwischen den Provinzen Yunnan und Guangdong, ist 1.400 Kilometer lang und wird fünf Gigawatt Leistung übertragen. Sie soll Wasserkraftstrom aus dem chinesischen Inland an die Großstädte an der Küste liefern.

Was die Ausbaupläne für einen größeren Beitrag der Regenerativen zur Energieversorgung des Landes angeht, so scheint das erst der Anfang zu sein. China hat angekündigt, in der Quaidam-Wüste das weltgrößte Photovoltaik-Kraftwerk zu bauen. Gleichzeitig entstehen in den Wüsten und Steppen des Landes große Windfarmen. Auch diese Kraftwerke müssen per Stromkabel über Tausende von Kilometern mit den großen Verbrauchszentren Chinas verknüpft werden. Indien setzt seinerseits vor allem auch die Sonnenenergie. Die nächsten Fünfjahrespläne sehen sowohl die lokale Stromversorgung mit Inselkraftwerken als auch große Solarparks, etwa in der Wüste Thar, vor. 2020 sollen 25 Prozent des indischen Stromverbrauchs aus regenerativen Quellen stammen.

Und in den USA läuft das dortige Energie-Konjunkturprogramm an. Die US-Regierung gibt 80 Milliarden Dollar für den Umbau der Energieerzeugung und die Modernisierung der Stromnetze aus. Innerhalb der nächsten 10 Jahre sollen weitere 150 Mrd. Dollar in den Ausbau der erneuerbaren Energieversorgung fließen. Und nicht zuletzt ist das europäisch-afrikanische Desertec Projekts zu nennen, der Solarstrom-Verbund zwischen den Maghreb-Staaten und Europa. Die Initiatorin Münchner Rück will zusammen mit 12 Unternehmen schwerpunktmäßig solarthermische Kraftwerke bauen. Deren Strom soll 15 Prozent des Bedarfs in Europa decken. Den Rest wollen die Unternehmen vor Ort verkaufen. Das Projekt soll zwar ohne direkte Subventionen realisiert werden, doch wird bereits über eine Art "Einspeisevergütung" nachgedacht, also über die Abnahme des nach Europa gelieferten Sahara-Stroms zum Festpreis.

Herkömmliche Wechselstrom-Netze sind nicht in der Lage, Elektrizität über die für solche Projekte erforderlichen tausende Kilometer, mit akzeptablen Verlustraten, zu transportieren. Anders Gleichstrom-Hochspannungsleitungen. Bei ihnen liegen die Verluste nur bei etwa 3 % je 1.000 Kilometer. So rückt der Transport regenerativ erzeugten Strom auch über größere Distanzen in realisierbare Nähe. Hauptvorteil der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ist, dass die bei Wechselspannungs-Übertragung auftretenden kapazitiven Blindströme wegfallen. Bei Gleichstromleitungen entstehen diese Verluste nicht, bei ihnen ist die Spannung konstant und die Leitung steht ganz der Energieübertragung zur Verfügung.

Allerdings ist die Gleichstrom-Technik noch teuer, denn der Strom muß vor der Einspeisung erst als Wechselstrom auf hohe Spannung transformiert werden. Auch die Regelung und das Ein- und Abschalten solcher Leitungen erfordert aufwendige, teils noch zu entwickelnde, Steuer- und Regelungstechnik. Daher lohnen sich die neuen Leitungen vor allem dort, wo große Energiemengen über weite Strecken oder durchs Meer geschickt werden sollen.

Wasserkraft aus dem Inland sowie Wind- und Solarparks in den Wüstenregionen sollen die chinesischen Industriezentren an der Küste mit Elektrizität versorgen. Bild: Dena/Siemens

Neue Konzernmacht und das Ende der regenerativen Diversifizierung?

Hermann Scheer, Sprecher von Eurosolar äußert sich skeptisch zum projektierten 30 Mrd. teuren Hochspannungsnetz in der Nordsee. Dahinter stecke klar die Absicht, den weiteren Ausbau der Windkraft auf Offshore-Anlagen und damit noch stärker in Händen der Energiekonzerne zu konzentrieren. Damit würde ein dezentraler Ausbau der Stromerzeugung mit seinen vielen Akteuren behindert. Auch sei die dezentrale Erzeugung von Windkraftstrom volkswirtschaftlich insgesamt preiswerter.

Großvorhaben brächten zwar viel Aufmerksamkeit, Netzinvestitionen müssten aber von den tatsächlichen Standorten der Stromerzeugung ausgehen. Und die sieht Scheer vorrangig bei regionalen und lokalen Erzeugern, die intelligent zu "virtuellen Kraftwerken" vernetzt einen Mix aus Erneuerbaren Energien anbieten könnten - so das favorisierte Konzept von Eurosolar. Eine Anbindung an die norwegischen Wasserkraftwerke sei zwar sinnvoll, aber eine weitere Vernetzung nicht, solange nicht garantiert sei, dass die prognostizierten 100 Gigawatt Offshore-Kapazitäten der Nordsee (entsprechend 100 Kohlemeilern zu je 1.000 MW) auch tatsächlich entstehen.

Die Fixierung auf das "Supergrid" behindere vorerst vor allem den schon jetzt notwendigen Ausbau des Stromnetzes an Land. Außerdem, so Scheer, sei Offshorestrom wegen der hohen Investitionskosten auf eine um 40 Prozent höhere Einspeisungsvergütung pro kW angewiesen. Diese Verteuerung des Windstroms schade dem Wechsel zu erneuerbaren Energien, da er ihn verteuere und zeitlich verzögere. Die Stromkonzerne setzten nur deshalb darauf, weil sie dadurch ihr Oligopol als Stromproduzenten auch im regenerativen Zeitalter erhalten wollten.

Nachdenklichkeit auch beim Desertec-Projekt. Denn das Interesse des Nordens am Sonnenstrom des Südens kann auch als eine neue Form der postkolonialen Rohstoff-Ausbeutung verstanden werden. Daher sei es wichtig, nicht nur Technologien zu diskutieren, sondern den Vorteil für beide Seiten besser herausstellen. Das beinhaltet auch, dass die im "Mediterranean Solar Plan" entwickelten Solarkraftwerke zwischen Syrien und Marokko besonders auch für den lokalen Verbrauch projektiert werden. Noch hält sich das Interesse daran aber in Grenzen, denn im Schnitt liegen die subventionierten Stromtarife der Länder rund 30 Prozent unter den mitteleuropäischen.

Auch wenn die Stromerzeugung mit den Solarthermischen Rinnenkraftwerken in ein paar Jahren auf dem europäischen Markt ohne Subventionen konkurrenzfähig ist, könnte die Stromlieferung aus den Anlagen für die Lieferländer Nordafrikas immer noch nicht attraktiv genug sein. Man versucht deshalb die Solarprojekte mit zusätzlichem Mehrwert für die Region auszustatten, etwa dadurch, dass der Solarstrom Meerwasser-Entsalzungsanlagen antreibt und so eines der Hauptprobleme der Region lösen hilft, den Süßwasserrmangel.

Energieträger Strom gewinnt an Stellenwert

Bis jetzt hat Strom in Deutschland ~ 22% Anteil am gesamten Endenergieverbrauch, in Europa (EU27) sind es ~32%. Wenn die Supergrids zukünftig eine stabile, den Verbrauch deckende, regenerative Stromversorgung gewährleisten, wird auch die Bedeutung von Strom für die Energieversorgung wachsen. Das bedeutet nicht nur mehr Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern, sondern auch mehr Energieeffizienz, denn die bisherige Gewinnung von Endenergie aus Primärenergie (Kohle, Öl, etc.) mit ihren Verlusten entfiele zunehmend.

Der Endergiebedarf in Deutschland (~70% der Primärenergieverbrauchs) ist in den letzten rund 20 Jahren nicht nennenswert gesunken. Eine zunehmende Umstellung auf regenerativ erzeugten Strom wird daher die Energieversorgung nicht nur nachhaltiger und klimaverträglicher machen, sondern auch den Primärenergiebedarf senken, denn bei Strom aus Wind, Sonne und Wasser entfallen die hohen Umwandlungsverluste zur Bereitstellung der Endenergie. Grafik: M. Brake

Sinnvolle Anwendungen für den regenerativen Grundlaststrom gibt es viele: Im Gebäudebereich könnten die (zunehmend Niedrigenergiehausstandard entsprechenden) Gebäude über Nachheizregister in den Zuluftanlagen beheizt werden. Strom kann auch die Wärmepumpen und die gebäudeinternen Wärmetauscher für die Wärmerückgewinnung antreiben. In der Mobilität wäre ein erster Schritt die Umstellung des bestehenden Schienennetzes auf regenerativ erzeugten Strom. Im zweiten Schritt kann die zunehmende Verlagerung des Personen- und Güterverkehrs auf die Schiene erfolgen und im dritten Schritt die Elektrifizierung des motorisierten Individualverkehrs. Auch Produktions- und Dienstleistungssektor profitierten von der Umstellung auf regenerativ erzeugten Strom.

Selbst wenn noch längere Zeit festgefahrene Denkschemata dem Konsum und Wirtschaftswachstum oberste politische Priorität geben und der Endenergieverbrauch nur sehr langsam zurückgeht: Allein schon die Vermeidung der mindestens 30% Umwandlungsverluste zur Bereitstellung der Endenergie lohnt den Aufbau einer Grundlastversorgung mit regenerativ erzeugtem Strom.

http://www.heise.de/tp/artikel/31/31860/1.html