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Unser Stromnetz und die Energiewende

Wie reagieren Energienetze auf Veränderungen? Turhan Demiray von der Forschungsstelle Energienetze FEN der ETH Zürich erforscht diese Frage in all ihrer Komplexität.

 

Text: Paul Drzimalla; Fotos: Christian Flierl

Herr Demiray, seit 2011 gibt es die Forschungsstelle Energienetze FEN der ETH Zürich. Welche Fragen stellte man sich damals, welche heute?

Schon damals hat sich abgezeichnet, dass sich das Energienetz verändert, und dass dies einen Einfluss auf die Versorgungssicherheit hat. Danach kamen Ereignisse wie Fukushima und das Klimaabkommen von Paris und haben die Veränderung beschleunigt. Heute haben wir im Stromsystem einen Paradigmenwechsel: Es gibt nicht mehr wie früher nur grosse Kraftwerke, sondern dezentrale Produktion und mit erneuerbaren Energieträgern wie Sonne und Wind auch mehr Volatilität. Das macht den zeitlichen Ausgleich herausfordernder. Heute braucht das Stromnetz mehr Flexibilität. 
 

Wie sieht das Schweizer Stromnetz von morgen denn aus?

Im Übertragungsnetz, also bei Höchstspannung, hat die Schweiz eine sehr starke Verbindung nach Europa. Dessen Kapazität sehe ich auch in Zukunft als wichtig für die Versorgungssicherheit an. Der Paradigmenwechsel passiert auf der Verteilnetzebene. Heute sehen wir erstens den Trend zur Elektrifizierung von Mobilität und Wärme. Wir werden also einen höheren Stromverbrauch haben. Zweitens sehen wir die sogenannten Prosumer, also Konsumenten, die auch Strom produzieren, etwa mit Photovoltaik. Wenn wir nun in einer Stadt viele Solaranlagen haben und es ein sonniger Tag ist, stellt sich die Frage, wie die überschüssige Leistung lokal gespeichert wird oder in die höhere Spannungsebene kommt. Diese Diskussion wird gerade intensiv geführt, das spüren wir auch bei der FEN.
 

Was ist denn mit der Behauptung, dass das Stromnetz die Energiewende nicht verkraftet und Photovoltaik und E-Autos es an seine Grenze bringen?

Sie hat zumindest einen wahren Kern. Diese Technologien können ein Stromnetz stark fordern. Aber wir haben andere Technologien, die uns helfen können. Allem voran die Digitalisierung. Wir können – etwa dank Smart Metern – immer mehr Informationen im Stromnetz nutzen. Wenn wir dies intelligent tun, kann das Netz davon profitieren. Wir legen unser Netz immer für die höchste Leistung aus. Wenn es aber weniger Leistung braucht, was dank Flexibilität zu schaffen ist, kann man Investitionen in Leistung vermeiden und die Mittel für andere Lösungen einsetzen. Man kann in Kupfer investieren – oder in Intelligenz.  

«Unser Netz war schon immer ‹smart›. Sonst hätten wir nicht rund um die Uhr Strom.»

Turhan Demiray, Leiter FEN, ETH Zürich

Stichwort: «Smart Grids». Wie sehr ist das Netz, das sich selbst steuert, denn schon Realität?

Unser Netz war schon immer «smart», sonst hätten wir nicht rund um die Uhr Strom in unseren Steckdosen. Bisher hat man diese Fähigkeit nur auf der Übertragungsnetzebene benötigt. Wegen dem erwähnten Paradigmenwechsel benötigt man sie auch ein paar Stufen weiter unten im Netz, also bei Verteilnetzbetreibern, aber auch bei den Konsumenten. Langsam kommen wir in ein System, bei dem auch die Nachfrageseite durch Flexibilität eine Dienstleistung erbringen kann. Also die Stromkunden, wobei man da nicht übertreiben sollte. Die Frage, die wir beantworten müssen, ist, wie gross das Potenzial etwa von ­Elektromobilität oder Wärmepumpen ist, diese Stabilisierung zu leisten.
 

Wie steht es überhaupt um die Stabilität des Schweizer Stromnetzes?

Zunächst kann man nicht die Schweiz getrennt von Europa betrachten. Strom geht immer den Weg des geringsten Widerstandes, und physikalisch sind wir voll ins europäische Netz integriert. Die Grosskraftwerke arbeiten mit einer gewissen Trägheit. Die stabilisiert, vereinfacht gesagt, momentan das System. Der Anteil dieser Anlagen wird aber kleiner. Photovoltaik und Wind haben ganz andere Eigenschaften. Vereinfacht gesagt, wird der Zeitpuffer, den wir haben, um zu reagieren, kürzer. Dafür haben diese Technologien eine andere Besonderheit: Sie lassen sich sehr schnell regeln. Diesen Mechanismus kann man nutzen, um die verlorene Trägheit auszugleichen. Dazu brauchen wir aber auch speicherbare Energie und eine intelligente Regelung. Informationen werden wichtiger, etwa Wettervorhersagen, die helfen, Solar- und Windstrom richtig abzuschätzen.
 

Sehen Sie eigentlich gelassen in die Zukunft? Was bereitet Ihnen Sorgen?

Wenn wir mit unseren Basisannahmen arbeiten, sieht die Zukunft bis 2040 wenig kritisch aus. Darüber hinaus müssen wir wiederum Gesamteuropa anschauen: Solange die Schweiz Strom importieren kann, haben wir kein Problem. Manche Szenarien, in denen zum Beispiel in Europa ein schnellerer Kern- und Kohleausstieg verfolgt wird, machen hier ein Fragezeichen. Ich denke aber, man kann auf alle Entwicklungen reagieren, rein technologisch sehe ich kein Problem. Man muss es nur rechtzeitig tun. 

Zur Person

Dr. Turhan Hilmi Demiray leitet die Forschungsstelle Energienetze FEN der ETH Zürich, die unabhängig und transparent zu den wichtigsten Fragen der Energiebranche forscht. Er ist Elektro- und Computeringenieur und ist unter anderem auf die Modellierung und Simulation von Energiesystemen spezialisiert.

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