«Ein gewaltiger Balanceakt»

Der Prosumer, dieses neuzeitliche Zwitterwesen aus Produzent und Konsument, wird den Energiemarkt der Zukunft dominieren, sagt der Netzforscher Mario Paolone von der EPFL Lausanne. Welche Anforderungen dies an die Infrastruktur stellt, erläutert er in diesem Energiegespräch.

 

Herr Paolone, was fasziniert Sie am Thema Energie?

Mich beeindruckt immer wieder, wie eng die Evolution des Homo sapiens mit seiner Befähigung, Energie für sich zu nutzen, verbunden ist. Keine Zivilisation ohne einen mehr oder weniger raffinierten Umgang mit Energie.

 

Die «Energiestrategie 2050 des Bundes» hat mittlerweile Folklore-Charakter angenommen. Hält die Schweiz auch bezüglich Stromnetz-Strategie ihren Kurs?

Ich würde sagen, ja. Die Forschung über die künftige Auslegung der Stromnetze, aber auch der Technologietransfer in Richtung Industrie vollzieht sich in der Schweiz auf sehr zeitgemässe Weise. Andere Länder Europas waren mit nicht sonderlich ausgereiften Konzepten diesbezüglich vielleicht etwas zu früh dran.

 

Welchen Anforderungen muss die Bewirtschaftung der Netze heute genügen?

Zur Hauptsache stellen sich zwei Aufgaben: Planung und Kontrolle. Planung insofern, als der moderne Prosumer einen nicht unerheblichen Teil des Stroms lokal produziert und verbraucht. Kontrolle wiederum, weil sein neuer Umgang mit dem Netz die Gefahr eines Blackouts ansteigen lässt.

 

Was bringt Sie zu dieser Aussage?

Passen Sie auf, jetzt wird es ein wenig kompliziert: Im Moment, wo sich die Stromproduktion weniger Grosskraftwerke auf Millionen kleiner dezentraler Produktionseinheiten verlagert, erhöht sich die Herausforderung, das Netz stabil zu halten, enorm. Es braucht dann genügend sogenannte «primäre Regelreserve», um diesen gewaltigen Balanceakt zu meistern. Dazu muss man wissen: Typisch für jeden elektrischen Generator ist seine Schwungmasse mit entsprechendem Trägheitsmoment. Die darin gespeicherte Energie hilft mit, das System praktisch in Echtzeit im Gleichgewicht zu halten. Wird die von Generatoren gelieferte Stromproduktion aber immer mehr auf Photovoltaik-Flächen verlegt, fällt dieser unterstützende Faktor weg. Passiert dies auf breiter Front, steigt eben die Gefahr grossflächiger Blackouts.

 

 

Ist ein solches Blackout einmal Tatsache geworden – wie lässt sich das System danach wieder hochfahren?

Wir nennen das entsprechende Verfahren «Black Start». Es erfolgt bei uns typischerweise – denken Sie ans erwähnte Trägheitsmoment! – mit Hilfe von Wasserkraftwerken. Aber auch stationäre Grossbatterien können diesen unterstützenden Effekt nachahmen und interessante Lösungen bieten. Bei der erneuten Versorgung der Überlandleitungen mit Strom gibt es jedoch gleich mehrere kritische Phasen. Hier entwickelt unsere Forschergruppe gerade eine Software, die mithelfen soll, solche «Schwarzstarts» künftig zu vereinfachen.

 

Wie dringend braucht die Schweiz im Interesse des Netzes mehr kapazitätsstarke Speicherlösungen?

Sehr dringend! Denn im Sommer haben wir zu viel und im Winter zu wenig Strom. Dieser Unterschied wird sich künftig verschärfen. Neben grossen Pumpspeicherwerken brauchen wir deshalb auch neue Treibstoffe, die unter Einsatz von elektrischem Strom erzeugt werden. Das Stichwort heisst «Power to x», wobei das X für verschiedene gasförmige Energieträger steht. Neben Wasserstoff sind das Methan und andere kohlenstoffhaltige Treibstoffe. Deren Produktion setzt jedoch konstante CO2-Quellen voraus, die nicht so leicht verfügbar sind.

 

Was ist die wichtigste Eigenschaft eines Smart Grid?

Die Netze müssen befähigt werden, Energiepakete aus unterschiedlichen Quellen auf intelligente, automatisierte Weise an die Orte des Konsums zu transportieren, wobei auf der einstigen Einbahnstrasse immer mehr Gegenverkehr herrscht. Und der Prosumer braucht smarte Tools, die für ihn entscheiden, wann er Strom kaufen oder verkaufen soll – um seine Komfortbedürfnisse zu decken, aber auch seinen Profit zu optimieren.

 

Erwarten Sie nicht eine Zunahme von Hacker-Angriffen, wenn selbstlernende Algorithmen das Netz steuern?

Die Gefahr von Cyber-Angriffen steigt tatsächlich auf Geräte- und Datentransport-Ebene. Deshalb gilt es, die Geräte zu authentifizieren und den Datenaustausch zu verschlüsseln. Die Komplexität dieser zweistufigen Sicherheitsvorkehrungen garantiert die Sicherheit der Infrastruktur. Ähnliches kennen wir in der Luftfahrt: In einem Airbus A380 etwa gibt es Hunderte kleine Computer. Das Automations- und Sicherheitsniveau an Bord gleicht jenem, das wir für das Stromverteilsystem brauchen.

 

Ist die Öffentlichkeit für die Eigenheiten einer kollektiv genutzten Einrichtung wie das Stromnetz genügend sensibilisiert?

Die Medien informieren in der Regel aktuell und adäquat. Ein wachsender Teil der Schweizer Bevölkerung versteht heute, weshalb die Netzinfrastruktur, die über Jahrzehnte Bestand hatte, einer dringenden Erneuerung und Veränderung bedarf.

 

Wie wird die Schweizer Stromlandschaft nach 2050 aussehen?

Für diese Prognose fehlt mir jetzt die berühmte Kristallkugel. (Lacht.) Ich kann aber eine begründete Vermutung anstellen: Die Marktentwicklung in Mitteleuropa wird Photovoltaik ins Zentrum stellen. Das gilt auch für die Schweiz. Schon deshalb, weil wir nur wenige Windparks haben werden. Denn die Energiedichte von Wind ist bei uns nur mässig interessant.

 

Kommen mit dem Klimawandel nicht viel stürmischere Zeiten auf uns zu?

Ja, aber das werden vor allem Sturmspitzen sein. Wir bräuchten aber mehr beständigen Starkwind – wie wir ihn von Offshore-Gebieten kennen. Sonnenstrom wird deshalb nochmals enorm zulegen, was wiederum nach massenweise saisonaler Speicherung ruft.

 

Werden wir uns von den nuklearen Energiequellen fristgerecht verabschieden können?

Davon gehe ich aus. Verschiedene relevante Studien haben übereinstimmend erkannt, dass die Kapazität der Erneuerbaren für den Ersatz der Atomkraftwerke absolut ausreicht. Es bleibt aber noch für einige Zeit das erwähnte Problem mit der Verfügbarkeit von einheimisch produziertem Strom im Winter.

 

Sind Sie mit Ihrer persönlichen Energiebilanz im Reinen?

Ja, immer mehr. Ich freue mich, dass unser Haus dank Solargeneratoren und Vollautomatisierung bald energieneutral sein wird. Ausserdem nutzen wir in der Familie nur noch Fahrzeuge mit Elektroantrieb. Und solche, bei denen wir selber in die Pedale treten. (Lacht.)

 

Prof. Dr. Mario Paolone (45), ordentlicher Professor für Elektrotechnik und Elektronik, agiert an der Speersitze der internationalen Forschung in den Bereichen nachhaltige Produktion, intelligente Verteilung und saisonale Speicherung von elektrischer Energie. Besondere Aufmerksamkeit widmet Paolone, der bis 2011 an der Universität Bologna wirkte, dem Netzmanagement in instabilen Situationen.