→Springe direkt zum Inhalt

Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Informationen zur Untersuchung

Moderne Stromnetze als Schlüsselelement einer nachhaltigen Energieversorgung

Themenbereich: Energie, Ressourcen, Umwelt
Analyseansatz: TA-Projekt
Themeninitiative: Ausschuss für Wirtschaft und Technologie
Status: laufend
Laufzeit: 2010 bis 2014

Thematischer Hintergrund

Die Netze zur Übertragung und Verteilung von Strom sind zentrale Bausteine im Versorgungssystem. Gleichzeitig sind sichere und leistungsfähige Netze unverzichtbare Elemente der Infrastruktur Deutschlands. Das Netz hat die Aufgabe, Stromerzeuger und Verbraucher zu verbinden und zu einer verlässlichen Stromversorgung aller Verbraucher beizutragen. Hierfür muss gewährleistet sein, dass zu jedem Zeitpunkt genauso viel Strom eingespeist wie verbraucht wird.

Modernisierung der Stromnetze

Die Erfüllung dieser Aufgaben wird in den letzten Jahren durch mehrere sich gegenseitig verstärkende Trends vor enorme Herausforderungen gestellt: Der Strombedarf ist in diesem Jahrzehnt langsam, aber kontinuierlich angewachsen, ohne dass der Ausbau der Netzkapazitäten in entsprechendem Maße Schritt gehalten hat. Der Betrieb der Netze wird organisatorisch und technisch immer anspruchsvoller, da Stromkunden ihren Versorger im Zuge der Liberalisierung des Strommarktes frei wählen können und damit die Netznutzung vieler und teils heterogener Akteure synchronisiert und gemanagt werden muss. Gleichzeitig sind die Netzbetreiber seit dem Start der sogenannten »Anreizregulierung« einem erhöhten Effizienz- und Kostendruck bei Betrieb, Erhalt und Ausbau der Netze ausgesetzt.

Ein weiterer wesentlicher Faktor ist der zunehmende Ausbau der Stromerzeugung aus regenerativen Energien. Dieser ist ein zentraler Bestandteil der deutschen Energie- und Klimapolitik. Der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch soll bis zum Jahre 2020 auf 30 % steigen und auch danach kontinuierlich weiter wachsen. Ein Großteil des Ausbaus der regenerativen Energien erfolgt auf Basis von Technologien mit fluktuierender Einspeisung. Dazu zählen insbesondere die Windenergie, aber zunehmend auch die solare Stromerzeugung. Durch den stark ansteigenden Anteil fluktuierender Einspeisung verändern sich die Anforderungen an die Stromversorgung sowie deren Struktur nachdrücklich. Dies hat einschneidende Konsequenzen für die Anforderungen an die Stromnetze. Zum einen muss die fluktuierende Einspeisung mit dem Strombedarf zeitlich in Übereinstimmung gebracht werden. Zum anderen entsteht z.B. durch den Aufbau leistungsstarker Offshorewindparks die Notwendigkeit, erhebliche Energiemengen über große Entfernungen zu den Verbrauchern zu transportieren.

Es ist zu erwarten, dass der Einsatz innovativer Technologien bei der Optimierung des Netzbetriebs (z.B. Temperaturmonitoring bei Leiterseilen), bei Netzverstärkung (z.B. moderne Leistungselektronik zur Steuerung von Lastflüssen) sowie Netzausbau (z.B. Hochspannungsgleichstromübertragung, HGÜ) einschließlich des Einsatzes von Speichertechnologien (z.B. Druckluftspeicher, perspektivisch auch Elektrofahrzeuge) einen entscheidenden Lösungsbeitrag leisten wird.

Die breite Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) könnte die grundlegende Transformation der Netzinfrastruktur hin zu einem »Smart Grid« ermöglichen. Möglichkeiten hierzu bestehen sowohl auf der Erzeugerseite (»virtuelle Kraftwerke«), im Bereich des Netzes selbst als auch bei den Verbrauchern. Durch IKT in modernen Stromzählern (»smart meter«) in Verbindung mit neuen Tarifstrukturen (»real time pricing«) können die Stromverbraucher zukünftig eine wesentlich aktivere Rolle als bisher bei der Synchronisierung von Erzeugung und Verbrauch übernehmen, beispielsweise durch Einschalten von Haushaltsgeräten (z.B. Waschmaschine) bevorzugt dann, wenn das Angebot an regenerativem Strom groß ist. Dass dies keine kleine Aufgabe ist, verdeutlicht eine Zahl: Es wird geschätzt, dass die für den Umbau der Netzinfrastruktur notwendigen Investitionen in Europa sich auf etwa 500 Mrd. Euro bis 2030 belaufen werden.

Aktuelle Studien und Modellprojekte

Die hohe Bedeutung, die dem Thema von relevanten Akteuren beigemessen wird, hat sich in einer Reihe umfassend angelegter Studien und Modellprojekte niedergeschlagen. Dazu gehören beispielsweise:

dena-Netzstudien I und II

Zentrales Ziel der dena-Netzstudie I (Projektabschluss: Februar 2005) war die Entwicklung von Strategien für die Integration regenerativer Energieträger in die Stromversorgung. Es wurden konkrete Maßnahmen (z.B. Neubau bestimmter Hochspannungstrassen) vorgeschlagen, mit denen ein Anteil von 20 % erneuerbarer Energien bis 2015/2020 in das Stromsystem integriert werden könnte. Darauf aufbauend entwickelt die dena-Netzstudie II eine langfristige Perspektive zur Integration erneuerbarer Energien, insbesondere der Windenergie, in das deutsche Verbundsystem. Die Zielsetzung wurde auf 30 % erneuerbare Energien angehoben. Der Projektsteuerungsgruppe gehören Unternehmen und Verbände der Energiewirtschaft sowie das BMWi und das BMU an.

Leuchtturmprojekte »eEnergy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft«

Dies ist ein ressortübergreifendes Förderprogramm des BMWi und des BMU, das zum Ziel hat, Technologiepartnerschafen in Modellregionen zu entwickeln und zu erproben. Es sollen Schlüsseltechnologien und Geschäftsmodelle für ein »Internet der Energie« zur Marktreife geführt werden. Sechs Modellprojekte werden derzeit gefördert.

GreenNet (großes Konsortium FP7 und BMU)

GreenNet-Europe fasst eine Reihe von Projekten zusammen, die in den letzten Jahren von der EU-Kommission gefördert worden sind. Das Kernkonsortium besteht aus elf Forschungsinstituten und Unternehmen der Energiewirtschaft. GreenNet wird auch vom BMU unterstützt. Ziel ist es, die Integration eines hohen Anteils erneuerbarer Energien in die Stromnetze und -systeme Europas zu begleiten und zu fördern. Es sollen »Least-Cost-Strategien« entwickelt und auf der Grundlage von »Best-Practice-Kriterien« politische Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.

DESERTEC

Ziel des DESERTEC-Projekts ist es, die Energieversorgung der EU und der Regionen Naher Osten/Nordafrika mit erneuerbaren Energien durch eine Kooperation dieser Länder schnell und kostengünstig sicherzustellen. Die Einspeisung von in sonnenreichen Regionen solarthermisch erzeugtem Strom in das europäische Stromnetz soll über HGÜ-Leitungen relativ verlustarm erfolgen. Auf Initiative der Non-Profit-Organisation »DESERTEC Foundation« in Zusammenarbeit mit dem Versicherungsunternehmen »Munich Re« hat sich ein Unternehmenskonsortium gegründet, das die Umsetzung des Projekts vorantreiben will.

Nordsee-Offshore-Initiative

Im Dezember 2009 wurde die »Nordsee-Offshore-Initiative« mit einer politischen Erklärung aller EU-Nordseeanrainerstaaten und Irlands ins Leben gerufen. Für Deutschland hat das BMWi an der Vereinbarung mitgewirkt. Ziele der »Nordsee-Offshore-Allianz« sind unter anderem ein intensiverer Informationsaustausch über die Offshoreausbauziele und -politiken der Teilnehmerstaaten, eine stärker koordinierte Weiterentwicklung der Strominfrastruktur sowie die Schaffung eines politischen und regulatorischen Rahmens für die internationalen Offshoreausbaupläne in der Nordsee. Für Ende des Jahres 2010 ist die Unterzeichnung eines »Memorandum of Understanding« geplant, in dem das weitere Vorgehen festgelegt wird.

Ziel und Vorgehensweise

Das Ziel des TA-Projekts ist es, technologische Perspektiven und Optionen für Umbau und Betrieb des zukünftigen Stromnetzes bei einem mittel- bis langfristigen Zeithorizont (2030 und darüber hinaus) aufzuzeigen. Die folgenden Themenschwerpunkte sollen bearbeitet werden:

  • Identifikation von zukunftsweisenden Technologien und Betriebsweisen für Stromnetze im Rahmen eines »horizon scanning«,
  • Untersuchung ihres Potenzials zur Flexibilisierung sowie zur Kapazitäts- bzw. Effizienzsteigerung im Betrieb der Stromnetze (national und im europäischen Verbund) und im Blick auf steigende Anforderungen an die Leistungs-Frequenzregelung,
  • Analyse von technischen und organisatorischen Möglichkeiten zur Flexibilisierung der Nachfrage,
  • Betrachtung von Aspekten der Nutzerakzeptanz,
  • Untersuchung von Fragen des Datenschutzes,
  • Abschätzung von Forschungs- und Entwicklungsbedarf sowie der hierfür erforderlichen Zeiträume (Roadmap),
  • Analyse von Kosten und Nutzen,
  • Untersuchung von Umwelteffekten,
  • Identifikation geeigneter Instrumente (Regulierung, finanzielle Anreize), um die Entstehung und Diffusion von Innovationen zu befördern,
  • Formulierung von Anforderungen an eine Regulierung, die den Aufbau intelligenter Netze und den flächendeckenden Einsatz von intelligenten Zählern ermöglicht (technische Standards, Berücksichtigung deren Kosten bei der Regulierung der Netznutzungsentgelte u.a.).
Zum Seitenanfang