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Resilienz: Ein erweiterter Blick auf die Energiewende

Das Bedürfnis nach mehr Sicherheit verändert den Blick auf die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien. In der Energiecommunity werden Chancen gesehen, aber auch Risiken und nötige Anpassungen diskutiert. Auch der Jahreskongress der Deutschen Energie-Agentur (dena) Anfang November 2025 hat dem Thema mehrere Paneldiskussionen gewidmet. Dabei wurde deutlich, welche unterschiedlichen Aspekte von Versorgungssicherheit und Resilienz zu berücksichtigen sind.

Investitionen in die Energiewende bringen neben dem Klimaschutz noch weitere Vorteile: Denn für Krisenzeiten bieten Dezentralität und lokale Verfügbarkeit von Energiequellen die Chance, das System resilienter und anpassungsfähiger machen. Aber auch eine Stromerzeugung aus Sonne und Wind ist nicht per se ohne Risiken.

Keynote von Bundesumweltminister Carsten Schneider

Auf dem dena-Energiewendekongress betont Bundesumweltminister Carsten Schneider in seiner Keynote, dass erneuerbare Energien die günstigste und nachhaltigste Energieform seien, die zudem Wertschöpfung im Inland generierten. Das trage dazu bei, die Energieversorgungssicherheit zu gewährleisten und Abhängigkeiten zu reduzieren.

 

Corinna Enders, Vorsitzende der dena-Geschäftsführung. Bildquelle: dena/photothek

Corinna Enders, Vorsitzende der dena-Geschäftsführung, spricht sich dafür aus, Innovation mit Sicherheit und Resilienz zu verbinden: „Es braucht jetzt Planungs- und Investitionssicherheit sowie den politischen Willen, Resilienz zur strategischen Priorität zu machen. Das bedeutet zum Beispiel, dass wir Netz-, Speicher- und Flexibilitätsausbau mit Cybersicherheit und dem Schutz kritischer Infrastruktur zusammen denken.“

Abhängigkeiten genau analysieren

Die Leiterin des Zentrums für Klima und Außenpolitik der Deutschen Gesellschaft für Auswärtige Politik, Kira Vinke beschreibt anlässlich des dena-Energiewende-Kongresses die aktuelle Situation wie folgt: „Geopolitische Krisen schlagen sich auf Deutschlands Energiesicherheit nieder. Gleichzeitig kann der Kauf von Öl und Gas aus dem Ausland autokratische Regime stärken. Dieses Geld sollte für inländische Investitionen genutzt werden.“

Sorgen bereiten den Experten insbesondere Gefahren durch Cyberangriffe, Abhängigkeiten von Rohstoffen und globalen Lieferketten. „Souveränität bedeutet für Deutschland den Ausbau heimischer erneuerbarer Energien, eine engere Zusammenarbeit in der EU und den Schutz kritischer Energieinfrastruktur. Dazu gehörten auch strategische Rohstoffpartnerschaften“, erläutert Vinke.

Um den Risiken besser begegnen zu können, bedarf es einer tiefergehenden Analyse und konkreten Anpassungsmaßnahmen. Der Hersteller von Windanlagen Siemens Gamesa beschäftigt sich intensiv mit der Herkunft und damit möglichen Verfügbarkeit der einzelnen Komponenten. Senior Vice President of Operations, Carina Brehm, nennt Beispiele: So würden für die Gondel Magnete benötigt, die aus China importiert werden. Auch die Grundmaterialen für die Rotorblätter kommen zum großen Teil aus China. Insgesamt ergebe sich aus der Abhängigkeit ein mittleres Risiko für die Produktion.

Alexandra von Bernstorff und Carina Brehm  geben Einschätzungen zu den Risiken von Lieferketten. Bildquelle: dena/photothek

Alexandra von Bernstorff, geschäftsführende Gesellschafterin, Luxcara, plädiert dafür, Risiken bewusst zu unterscheiden und zu managen. Dazu gehöre die IT-Sicherheit ebenso wie eine Diversifizierung bei den Importen von seltenen Erden. Oberflächliche Diskussionen seien hingegen wenig zielführend. Ein Beispiel seien die Diskussionen über Gefahren von Wechselrichtern aus China für den Betrieb von Photovoltaikanlagen. Auch wenn dies Importe aus dem gleichen Land seien, seien die Geräte unterschiedlich. In China gebe es sehr viele Hersteller von Wechselrichtern, was es für Hacker schwieriger mache, alle gleichermaßen anzugreifen.

Engmaschigkeit und Schwarzstartfähigkeit von Stromnetzen

Für Stromnetzbetreiber stellt sich die Frage nach zusätzlichen Schutzmaßnahmen gegen physische und virtuelle Angriffe auf das Stromnetz. Stefan Kapferer, Vorsitzender der Geschäftsführung, 50Hertz Transmission, sieht eine Kombination großer Stromtrassen für Gleichstrom und den zusätzlichen Ausbau einem kleinmaschigen Stromnetz für Wechselstrom einen Betrag zu mehr Sicherheit. Nach den sogenannten (n-1)-Bedingungen werde das Netz so ausgelegt, dass ein Ausfall einer Komponente durch das System aufgefangen werde. Gegen eine Bedrohung durch Cyberattacken könne eine gemeinsame Cloud-Lösung der Netzbetreiber schützen.

Stefan Kapferer erläutert Resilienz in den Stromnetzen. Bildquelle: dena/photothek

Im Falle eines großflächigen Stromausfalls komme es darauf an, das System möglichst schnell wieder aufzubauen. Für diese sogenannte Schwarzstartfähigkeit wurden bisher Kohlekraftwerke vorgehalten. Auf der Suche nach Alternativen habe sich ein Pilotprojekt mit Offshore-Windenergie habe sich als erfolgreich erwiesen, berichtet Kapferer. Auch Batteriespeicher könnten hierzu eingesetzt werden.

Ein weiterer Aspekt von Resilienz betreffe die Reservehaltung von Ausrüstung, Materialien und Anlagetechnik. Zusätzlich zu Ersatzvorräten stelle sich insbesondere die Frage nach dem Schutz von Transformatoren. In der Ukraine sei es inzwischen üblich, Transformatoren einzuhausen, um sie gegen Geschosse zu sichern, berichtet Kapferer. Viele Schäden dort seien durch Lieferung von Ersatztransformatoren aus anderen europäischen Ländern repariert worden.

Gesetzliche IT-Sicherheitskataloge für Unternehmen

Auch für die Bundesnetzagentur (BNetzA) ist Sicherheit ein wichtiges Anliegen. Vizepräsidentin Barbie Kornelia Haller verweist angesichts der Volatilität des Stromsystems auf die Notwendigkeit einer schnelleren Reaktion aller Akteure. Für dezentrale Prozesse sei eine abgesicherte Informationstechnologie Voraussetzung. Dazu sollen auch die gesetzlichen Vorgaben mit dem KRITIS-Dachgesetz und die NIS2-IT-Sicherheitskataloge beitragen.

Barbie Haller kündigt erweiterte Sicherheitsanforderungen an Akteure im Energiemarkt an.

„Cybersicherheit ist vielschichtig und einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess unterworfen“, so Haller. „Aktuell besteht die Cybersicherheitsregulierung vornehmlich aus organisatorischen und technischen Anforderungen und Zertifizierung in der Fläche sowie dem Schutz vor nicht-vertrauenswürdigen Herstellern. Zukünftig werden die Anforderungen auf weitere Akteure im Energiemarkt ausgeweitet und ein Rahmen geschaffen, um Systemschäden zu minimieren.“ Aus Sicht der BNetzA schaffe eine gute Cybersicherheitsregulierung Transparenz für Unternehmen, mache schnelle technologische Anpassungen möglich und so die Energiewende besser umsetzbar.

www.dena.de

Digitalisierung heizt ein: Nahwärme aus dem Rechenzentrum

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In Berlin-Spandau wird ein neues Quartier gebaut: Auf einer Konversionsfläche entstehen 4.500 Wohnungen, 200 Gewerbeeinheiten, Kitas und Schulen. Für die Wärmeversorgung ist Nahwärme aus einem benachbartes Rechenzentrum vorgesehen. Das Projekt setzen die Unternehmen GASAG Solutions und ENGIE mit einem Joint Venture, dem Quartierswerk, um. Im Interview für die Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft, Ausgabe 7-8 / 2025 erläutern Günter Eggers, Director Public von NTT Global Data Centers EMEA und Johann Cavar, Geschäftsführer, Quartierswerk das klimafreundliche Wärmekonzept. 

Rechenzentren sind die Grundlage der Digitalisierung und der Bedarf an Serverleistung steigt weiter. Die Rechner arbeiten rund-um-die Uhr in relativ unauffälligen Gebäuden auch in mitten der vorhandenen Siedlungsstrukuren. IT-Systeme produzieren neben der Rechenleistung auch sehr viel Wärme und benötigen permanente Kühlung.

IT-Geräte produzieren Wärme

Der Kältebedarf der IT-Geräte hängt davon ab, wieviel die Prozessoren, Speicher und alle elektronischen Bauelemente leisten müssen. In Deutschland werden Rechenzentren überwiegend mit Luft gekühlt: Die Server enthalten Lüfter, mit denen sie kalte Luft ansaugen.

Ein großer Anbieter für die Server-Gebäude ist das Unternehmen NTT-DATA, das seit 2001 große Colocation-Rechenzentren in Deutschland betreibt. Die Mieter erhalten eine Infrastruktur  für den Betrieb von Servern mit  Stromversorgung, Kühlung und Sicherheit. In Berlin-Spandau läuft das Rechenzentrum von NTT-DATA seit ca. 17 Jahren mit einem kontinuierlichen Strombedarf und hatte seit 2007 null Minuten Wartungsfenster.

Das bedeutet eine sehr kontinuierliche Wärmeerzeugung, unabhängig von den Witterungs- und sonstigen Rahmenbedingungen. Die benötigte kalte Luft wird im Gebäude bereitgestellt. Dazu wird die warme Luft aus den IT-Räumen in der Kältezentrale herunter gekühlt und dem Kreislauf wieder zugeführt.

Günther Eggers, NTT DATA

„Die Wärme wird bisher wie in den meisten anderen Rechenzentren auch an die Außenluft abgegeben. Seit knapp 25 Jahren nutzen wir deutschlandweit einen Teil der entstehenden Wärme zum Beheizen unserer Büros sowie zum Vorwärmen der Anlagen für die Notstromversorgung. Denn Dieselgeneratoren sind nur dann voll leistungsfähig, wenn sie warm sind,“ berichtet Günther Eggers, NTT DATA.

In der Nachbarschaft des Rechenzentrums entwickelt die Berliner Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen nun auf der Insel Gartenfeld auf einer Fläche von 59 Hektar ein neues Quartier für rund 7.400 Einwohner, das in den kommenden Jahren klimaneutrale Heizenergie benötigt.

Bis 2032 sollen über 60 Baufelder bebaut werden. Alles muss  neu erschlossen werden mit Frischwasserversorgung, Abwasserversorgung, Strom, Wärme und Straßen. Dazu werden Nahwärmeleitungen mit einer Länge von fast vier und Abwärmeleitungen mit einer Länge von fast zwei Kilometern neu verlegt.

Abwärme soll Wohnungen, Gewerbe und Schulen heizen

Für das Quartier soll die Abwärme des Rechenzentrums  für die Heizung von 4.500 Wohneinheiten und 600 Gewerbe, Bildungs- und Erziehungseinrichtungen genutzt werden. Beim Betrieb der IT-Systeme entsteht eine Temperatur von 20 bis 30 Grad Celsius, unabhängig von Witterung und Jahreszeiten.

Abwärme des Rechenzentrum – Nahwärme für Quartier Gartenfeld

Der Betrieb der Heizzentrale mit einer klimaneutralen Wärmeversorgung wird ab 2027 Aufgabe des Quartierswerks sein. Hinter dem Joint Venture Quartierswerk steht eine partnerschaftliche Aufteilung durch zwei etablierte Energieversorger: ENGIE ist in Deutschland im Bereich Facility Management, Anlagenbau, Energiedienstleistungen tätig ist und hält mehrere Beteiligungen an Stadtwerken hält. Die GASAG, betreibt in Berlin große Gas- und Versorgungsnetze.

Das Wärmekonzept beinhaltet, im Winter nahezu die gesamte Wärme aus dem Rechenzentrum ab zu nehmen und den Einwohnern sowie Gewerbetreibenden des Neubaugebietes „Neues Gartenfeld“ zur Verfügung zu stellen.  „Dazu bauen wir das Rechenzentrum so um, dass wir den Hauptteil der Wärme künftig auszukoppeln und in ein Nahwärmenetz einspeisen können“, so Eggers.

Johann Cavar, Quartierswerk

„Der Vertrag zwischen Quartierswerk und NTT DATA sieht vor, dass knapp acht Megawatt Leistung ausgekoppelt werden“, berichtet Johann Cavar, Quartierswerk. Wärmekunden sind die Bauträger Gewobag und Howoge sowie perspektivisch das Bezirksamt und ein Schulcampus mit rund 1.000 Schülern.

24 Grad warmes Wasser aus Dem Rechenzentrum

Die Abwärmeleistung des Rechenzentrums hat eine Kapazität von bis zu 8 Megawatt (MW). In der Kältezentrale soll  Wasser mit einer Temperatur von 24 Grad Celsius ausgekoppelt und an die 2 km entfernte Energiezentrale geliefert werden. Dort heben Wärmepumpen das Temperaturniveau auf 65 bis 70 Grad Celsius Netztemperatur an. Damit wird ein 4 km langes Nahwärmenetz für das Quartier „Das Neue Gartenfeld“ gespeist.

Zur Absicherung temporärer Spitzenlasten im Winter wird zusätzlich ein Power-to-Heat-Kessel mit einer Leistung von 3,6 MW installiert. Die Energiezentrale erhält zudem einen Warmwasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 300 Kubikmetern.

Mehr Energie als bei Geothermie und Abwasserquellen

Die Temperatur der Abwärme wird mit  22 und 25 Grad liegen deutlich über einem Vergleichswert liegen der bei oberflächennaher Geothermie, Außenluft oder Abwasserquellen zur Verfügung stehen würde. Ein weiterer Vorteil ist das konstante Temperaturniveaus aus den Serveranlagen. Perspektivisch könnte die Temperatur steigen: Bei einer Flüssigkeitskühlung, wie sie in neueren Rechenzentren eingebaut wird, liegt die Ausgangstemperatur bei etwa 30 Grad.

Dass die neue Energiezentrale knapp 2 Kilometer vom „Neuen Gartenfeld“ entfernt ist, ist eine Besonderheit des Standortes. Bei der Entwicklung von Nahwärmeprojekten werden üblicherweise nur 0,5 bis 1 Kilometer bei kalter Nahwärme überbrückt. Nach den hiesigen strömungstechnischen Berechnungen und der angesetzte Leistung der Wärmepumpen soll es möglich sein die Wärme in einem größeren Radius einzusetzen.

„Wir rechnen mit einer ganz geringfügigen Abkühlung von rund 1 bis 2 Grad Kelvin. Das liegt zum einen an der hohen Strömungsgeschwindigkeit. Zum andern sind die Leitungen im Erdreich vor Witterungseinflüssen geschützt. Bei den Wärmepumpen wollen wir gar nicht so hoch temperieren: Im Neubauquartier reichen durch die Nutzung von Fußbodenheizung und Trink-Warmwasserbedarf Vorlauftemperaturen von maximal 65 Grad Celsius aus“,  erläutert Cavar.  Im Gegensatz dazu müsse im Wohnungsbestand zunächst saniert werden, wenn das lokale Fernwärmeunternehmen das System dekarbonisieren und mit Niedrigtemperatur fahren will.

Nahwärme zu üblichen Heiznebenkosten

Bisher wird die Abwärme bei NTT DATA für die Heizung der Büros des und die  Notstromdieselgeneratoren genutzt und Überschüsse an die Außenluft abgegeben.  „Nach einem Urteil des Bundesfinanzhofs, darf Abwärme, nicht verschenkt werden. Insofern sind wir gesetzlich verpflichtet, einen Preis für diese Abwärme zu erheben. Im Rahmen der Vertragsfreiheit haben wir eine Lösung gefunden, die für alle Seiten gut passt“, so Eggers. Für das Quartier wurde eine Lieferzeit bis 2052 vereinbart.

Aus Sicht der Abnehmer ist von Vorteil, dass die Wärmepreise für die nächsten Jahre stabil bleiben und mit der lokalen Fernwärmeversorgung konkurrieren können. Die Betreiber wollen ein sauberes grünes Produkt im Rahmen üblicher Heiznebenkosten, den Bewohnern anzubieten.

Nach Einschätzung von Cavar ist dies durch verschiedene Stellschrauben möglich: Zum Einen ist die Versorgung unabhängig von Gaspreispolitik und CO2-Besteuerung.  Hinzu kommt die hohe Effizienz der Wärmepumpen und das ganzjährig stabile Temperaturniveau der Abwärme. Vergleichbare Systeme mit Eisspeicher oder Luftwärmepumpen wurden ebenfalls geprüft, wären aber deutlich weniger effizient.

www.nttdata.com

www.engie-deutschland.de/de

www.gasagsolution.de

Das Doppelinterview mit Johann Cavar und Günther Eggers ist in EW – Magazin für die Energiewirtschaft 7-8 erschienen. 

Bildquelle: NTT DATA, Quartierswerk

Sonnen-Energie der anderen Art: Kernfusion

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Wer im Sommer der Frage nachgeht, woher die Hitze kommt, landet letztlich bei der Kernfusion. Ob Energiegewinnung wie auf der Sonne auch auf der Erde möglich ist, beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Ende 2022 gelang ein Durchbruch mit einer sich selbst tragenden Kernfusionsreaktion im Labor. Seitdem wächst die Hoffnung, auf eine neue Weise emissionsarm Strom zu erzeugen. Das Akademienprojekt ESYS – Energiesysteme der Zukunft hat den aktuellen Stand der Forschung analysiert und in der Publikation ESYS-Impuls: „Kernfusion als Baustein einer klimaneutralen Energieversorgung? Chancen, Herausforderungen, Zeithorizonte“ veröffentlicht. Darin dämpfen die Autoren die Erwartungen auf eine schnelle Umsetzung, halten aber langfristig Kernfusionskraftwerke nicht für unrealistisch.

Ziel der Kernfusionsforschung ist eine klimafreundliche und kontinuierlich verfügbare Energiequelle mit geringem Flächenbedarf und aus vor Ort verfügbaren Brennstoffen. Ein Fusionskraftwerk funktioniert ähnlich wie ein Wärmekraftwerk. Anstelle einer Verfeuerung eines Brennstoffs sorgt ein Fusionsreaktor für die nötige Energie. Eine Kernfusion benötigt zum Start viel Energie, soll letztlich aber mehr liefern als eingesetzt wird.

Verschmelzung von Atomkernen im Plasma

Technisch funktioniert der Fusionsprozess so, dass Atomkerne mit einer geringen Anzahl an Nukleonen miteinander verschmolzen werden. Es entstehen Elemente mit einer höheren Nukleonenanzahl und damit einer höheren Bindungsenergie im Kern. So können beispielsweise zwei Wasserstoff-Atomkerne zu Helium-Atomkernen fusionieren.

Um diesen Prozess zu starten, sind Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius nötig: Im Aggregatzustand eines Plasmas liegen Atome in ionisierter Form vor und Elektronen sind frei beweglich. Bei niedrigeren Temperaturen verhindern hingegen Abstoßungskräfte, dass die Kerne miteinander zu einem neuen Element verschmelzen.

Vorteile im Vergleich zur Kernspaltung

Gegenüber der bisher in Kraftwerken betriebenen Kernspaltung hat eine Fusion einen sicherheitstechnischen Vorteil: Eine unkontrollierbare Kettenreaktion wird ausgeschlossen. Sobald Temperatur oder Druck zu gering sind, erlischt die Kernfusionsreaktion innerhalb kürzester Zeit.

Kernfusion und Kernspaltung im Vergleich

Quelle: ESYS

Die Idee der Kernfusion ist nicht neu. Allerdings gelang es Ende 2022 erstmals an der National Ignition Facility in Kalifornien, eine Kernfusion im Labor zu realisieren, bei der mehr Energie gewonnen werden konnte, als zuvor für den Start in die Reaktorkammer eingebracht wurde. Die physikalischen Prozesse gelten seitdem als verstanden. Allerdings muss die Menge an eingesetzter Energie im Verhältnis zum Output für eine wirtschaftliche Anwendung noch deutlich effizienter werden.

Zudem sind bis zu einem Einsatz für die Energieerzeugung noch weitere Probleme zu lösen: Dazu gehört insbesondere die Bereitstellung des Brennstoffs Tritium und die Entwicklung von Materialien, die hohen Temperaturen und einen Neutronenbeschuss standhalten. Außerdem werden hochleistungsfähige Laser oder effiziente Hochfeldmangnetspulen benötigt.

Vier Start-ups forschen in Deutschland

ESYS beobachtet aktuell eine beschleunigte Dynamik in der Kernfusionsforschung. Immer mehr Unternehmen und Start-ups engagieren sich in diesem Bereich. Derzeit existieren 43 Start-ups, von denen die meisten in den USA ansässig (25) sind, gefolgt von Europa (9), Asien (5) sowie Australien, Israel, Kanada und Neuseeland (jeweils 1). Auch in Deutschland beschäftigen sich Start-ups mit der Anwendung der anspruchsvollen Technologie.

Startups im Bereich Kernfusion in DeutschlandQuelle: ESYS
Verschiedene Verfahren – unterschiedliche Eigenschaften

Eine Kernfusion lässt sich mit verschiedenen Verfahren erreichen. Der Einsatz eines Stellarators hat sich dabei als besonders vielversprechende Technologie entwickelt, so dass auch größere Industrieunternehmen in ganz Europa Investitionen tätigen: Der Stellerator zeichnet sich durch eine besondere Skalierbarkeit bei der Kernfusion aus und macht die Anwendung in einem Großkraftwerk wahrscheinlicher als das alternative Tokamakverfahren, was nicht im Dauerbetrieb möglich ist.

Funktionsweise von Tokamak- und Stellaratorverfahren.Quelle: ESYS

In den USA wird mit der Trägheitsfusion über einen Laser ein weiteres Verfahren voran getrieben.

Prozess des Trägheitsverfahrens 
Quelle: ESYS

Ob eines der Verfahren künftig in einem Kraftwerk zum Einsatz kommen wird, ist noch offen:

„Die Kernfusionsforschung bewegt sich im Bereich der Grundlagen- und

teilweise der angewandten Forschung. Ein finales Kraftwerkskonzept gibt

es noch für keines der beiden Fusionskonzepte.“

ESYS-Impuls: „Kernfusion als Baustein einer klimaneutralen Energieversorgung? Chancen, Herausforderungen, Zeithorizonte“

Ein möglicher Betrieb von Kernfusionskraftwerken liegt nach Einschätzung der Studie noch mindestens zwanzig bis dreißig Jahre in der Zukunft. Zunächst geht es um den Aufbau von Pilotanlagen.

Abgesehen von den technischen Fragen der Anlage, gibt es auch ökonomische Unsicherheiten zum wirtschaftlichen Betrieb und der Rolle von Großkraftwerken, die kontinuierlich liefern, während ein Großteil der Anlagen nach den Gegebenheiten von Sonne- und Wind produziert. Diese Aspekte sind für mögliche Kraftwerksinvestoren ebenfalls relevant.

Insgesamt erwartet ESYS von der Kernfusion kurzfristig keinen Beitrag, um die Klimaziele in Deutschland zu erreichen:

„Langfristig könnte die Kernfusion Strom in einem klimaneutralen Energiesystem bereitstellen, die Importabhängigkeiten verringern und beispielsweise zur Wasserstofferzeugung genutzt werden. Bis zu einem ersten regulären Kraftwerk ist es jedoch noch ein weiter Weg.“

ESYS-Impuls: „Kernfusion als Baustein einer klimaneutralen Energieversorgung? Chancen, Herausforderungen, Zeithorizonte“

Wissenschaftsverbund sucht Lösungen für die Energiewende

Im Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) erarbeiten mehr als 160 Fachleute aus Wissenschaft und Forschung Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung. Die Initiative unter Federführung von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften in Zusammenarbeit mit der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften wurde im April 2013 gestartet und wird bis Dezember 2024 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Bildquelle: ESYS-Impuls: „Kernfusion als Baustein einer klimaneutralen Energieversorgung? Chancen, Herausforderungen, Zeithorizonte“

Maschinenraum der Energiewende: Regelbarkeit im Niederspannungsnetz

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Einbau eines regelbaren Ortsnetztrafos. Quelle: MR Reinhausen

Ein Zubau von Solar- und Windanlagen allein macht noch keine Energiewende. Entscheidend ist, dass die Anlagen über ein Netz gemeinsam agieren. Für diese anspruchsvolle Aufgabe muss das bestehende Stromnetz umgebaut werden. Eine technische Lösung zur Steuerung der Niederspannungsebene bietet der regelbare Ortsnetztrafo. Die Geräte sind seit einigen Jahren am Markt aber noch nicht flächendeckend verbaut. Auf der Branchenmesse „e-World“ Anfang 2024 in Essen haben Unternehmensvertreter von ihren Erfahrungen mit den Anlagen berichtet. Ein ausführlicher Beitrag ist dazu in der Zeitschrift ew – Magazin für die Energiewirtschaft erschienen. 

Seit rund 15 Jahren sind die Betreiber der Stromverteilnetze massiv gefordert, Kapazitäten auszubauen und neue Kundenanlagen anzuschließen. Denn  Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen und Ladestationen für E-Mobilität bringen neue Anforderungen mit sich, für die die konventionellen Strukturen nicht ausgelegt sind.

Regelbare Ortsnetztrafos können weitere Kapazitäten erschließen

Mit einem Austausch einzelner Betriebsmittel innerhalb der Netzinfrastruktur lässt sich die Kapazität des Netzes erhöhen, ohne zusätzliche Leitungen zu verlegen.  So können durch einen Austausch der Transformatoren in den Ortsnetzstationen weitere Netzkapazitäten erschlossen werden. Solche neuen Regelbaren Ortsnetztrafos (rONT) werden schon von vielen Netzbetreibern eingebaut, sind aber noch nicht überall vorhanden.

Im Gegensatz zu einer Tiefbaustelle wird ein  Austausch eines Ortsnetztransformators wird in Öffentlichkeit kaum bemerkt: „Der rONT kann in eine bestehende Ortsnetzstation innerhalb eines Tages integriert werden. Dadurch kann der Betreiber in relativ kurzer Zeit das Verteilnetz modernisieren. Im Februar 2024 haben wir den 10.000sten rONT der dritten Generation ausgeliefert. Mehr als 150 Trafohersteller haben ihn bereits verbaut, und über 300 Betreiber weltweit setzen ihn ein“, berichtet Armin Vielhauer, Maschinenfabrik Reinhausen.

Die Grundidee: Das Internet of Things

Gut 15 Jahre liegen die Anfänge des rONT zurück. Damals galt das Internet of Things als bahnbrechendes System der Zukunft. Etwas ähnliches wurde auch für das Stromnetz gesucht, so dass sich dezentrale Anlagen automatisiert regeln können. Denn seit 2009/2010 ist es deutlich anspruchsvoller geworden, Spannungsqualität im Verteilnetz zu erhalten. Bereits zu dieser Zeit gab es durch die Förderung des Erneuerbare-Energien-Gesetzt einen steigende Nachfrage nach zusätzlichen Netzanschlüssen für Photovoltaik und Windanlagen.

In Feldversuchen wurde 2009 erstmals die Wirksamkeit von regelbaren Ortsnetztransformatoren nachgewiesen. Bei diesen Pilotprojekten kamen noch konventionelle Stufenschalter in Ölschalttechnik zum Einsatz. Der Pilot wurde liebevoll „Lord Helmchen“ genannt und die Gestalt erinnerte mit einer Höhe von etwa 1,5 m an einen großen Hydranten. Mit diesen Abmessungen war der Schalter nur in sehr großen Transformatoren einsetzbar.

Der rONT passt in die vorhandenen Gebäude

Inzwischen ist die dritte Weiterentwicklung auf dem Markt. Das Bauvolumen und Gewicht wurde erheblich reduziert. Damit passt der Schalter in die bestehenden Gebäude. Aus dem Forschungsprojekt ist ein Standardbetriebsmittel geworden: „Inzwischen ist der Welt klar, was ein rONT tut. Die Technologie ist ausgeforscht und wird weltweit exportiert,“ berichtet Vielhauer.

Ausgeforscht: Branchenexperten zwischen dem Ausgangsentwurf „Lord Heimchen“ und dem heutigen rONT.

Die Netzbetreiber EAM und Avacon blicken zufrieden auf die gelungene Einführung der neuen Technologie. Aus Sicht von EAM werde dieses durch die hohe Zuverlässigkeit unterstützt. Um den rONT einzuführen, war im Unternehmen eine Änderung von Planungsrichtlinien notwendig und eine Begleitung der Inbetriebnahme durch einen Spezialisten.

Neue Technik findet Akzeptanz der Praktiker

Um Vorbehalte der Mitarbeiter gegenüber der neuen Technik abzubauen, wurden Pilotprojekte realisiert, Mustergeräte gefertigt und die Erkenntnisse daraus innerhalb geteilt. Der rONT trifft auch in anderen Ländern auf Interesse, die ihre Energienetze transformieren wollen. Aus Österreich berichtet Michael Pink, Kärnten Netz, dass die Technik bisher erst selten eingesetzt wird, aber die Notwendigkeit, das Netz auszubauen gleichermaßen vorhanden ist.

Technische Entkopplung der Netzebenen

Rein technisch wird über den rONt das Niederspannungsnetz vom Mittelspannungsnetz entkoppelt und der letzte Spannungsregelpunkt vom Umspannwerk in die Ortsnetzstation verlagert. Dabei funktioniert der rONT so, dass eine Steuer- und Regeleinheit kontinuierlich die Sekundärspannung misst. Ein Stufenschalter erhält ein Signal, um das Übersetzungsverhältnis anzupassen.

Der Vorteil des neuen Systems liegt darin, dass im Vergleich zur konventionellen Netzplanung deutlich größere Spannungsschwankungen sowohl in der Mittel- als auch Niederspannungsnetzen zulässig sind. Das lässt sich die Aufnahmekapazität für zusätzliche Lasten und Einspeiser erhöhen.

Option: Netzsteuerung von Lasten

Eine zusätzliche Option des rONT ist, dass sich die Steuer- und Regeleinheit mit SCADA-Systemen verbinden. So ist auch eine komplexere Netzsteuerung möglich und wichtige Betriebsparameter und Messwerte stehen nunmehr für Netzführungszwecke online zur Verfügung. Auch wenn bisher nicht jeder individuelle rONT gesteuert wird, ist diese Möglichkeit die Basis für eine künftige Steuerung von Lasten im Sinne nach § 14 a des Energiewirtschaftgesetzes.

www.reinhausen.com

Bildquelle: MR Reinhausen

Der vollständige Beitrag ist in ew 5/2024 erschienen.

Bilanz zum Jahresauftakt: Eine Krise bewältigt – aber zentrale Fragen bleiben

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Dr. Hans-Jürgen Brick, CEO, Amprion, Andreas Feicht, CEO, RheinEnergie, Merlin Lauenburg, Managing Director, Tibber, Andreas Schell, CEO, EnBW diskutieren über den Bedarf an Kraftwerkskapazitäten in Deutschland.  Copyright: Handelsblatt-Energiegipfel / Marc-Steffen Unger

Zum Jahresbeginn trifft sich die Energiebranche auf dem Handelsblatt-Energiegipfel in Berlin, um Bilanz zu ziehen. 2024 fällt diese oberflächlich betrachtet gut aus: Die Energiekrise im Winter 2022/2023 wurde gemeistert und erneuerbare Energien haben 2023 erstmals über die Hälfte des Stroms produziert. Um die Energieversorgung langfristig zu sichern, braucht es allerdings vor allem neue Kraftwerke, Stromnetze und Lieferverträge für den Import von Flüssiggas (LNG) und längerfristig Wasserstoff.

Immer mehr Strom wird mit Solar- und Windanlagen produziert. Die gute Nachricht für den Klimaschutz hat allerdings eine Schattenseite: Die Angst vor einer Dunkelflaute wächst.  Das sind Zeiten, in denen es dunkel und windstill ist. Im Winterhalbjahr kann dies bei Hochdruckwetterlagen in großen Teilen von Europa gleichzeitig über mehrere Tage oder Wochen der Fall sein.

Um schwierige saisonale  Wetterphasen zu überbrücken, werden weiterhin thermische Kraftwerke benötigt. Diese sollten aber möglichst wenig CO2 emittieren. Dafür kommen Gaskraftwerke und perspektivisch auch Wasserstoffkraftwerke in Betracht. Für Investoren fehlt allerdings ein Business Case: Da zu erwarten ist, dass die Kraftwerke als Reserve nur wenige Betriebsstunden in Aussicht haben, rechnet sich die Investition nicht.

Staatliche Förderung für Kraftwerke in Vorbereitung

Robert Habeck, Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz kündigt eine Kraftwerksstrategie beim Handelsblatt Energiegipfel 2024 an. Copyright: Handelsblatt Energiegipfel / Marc-Steffen Unger

Über eine staatliche Förderung der Kraftwerksinvestitionen diskutiert die Energiebranche seit 2013. Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck kündigte nun auf dem Energiegipfel an, dass sein Haus in Kürze eine Kraftwerksstrategie dazu veröffentlichen werde. Er verwies dabei auf die Vorgaben der EU, die an neue Gaskraftwerke die Anforderung stelle, dass diese auch zu einem späteren Zeitpunkt auf Wasserstoff umgestellt werden können.

Wichtig ist nach Einschätzung der Netzbetreiber aber nicht nur, dass Kraftwerke gebaut werden, sondern auch wo diese den Strom einspeisen. Hans-Jürgen Brick, CEO des Übertragungsnetzbetreibers Amprion betonte, dass die Kraftwerksstandorte entscheidend für die Stabilität des Stromnetzes sein. Um die vorhandenen Netzstrukturen weiter nutzen zu können, sollten neue Kraftwerke dort gebaut werden, wo alte Anlagen abgeschaltet werden.

Andreas Schell, CEO von EnBW Energie Baden-Württemberg verwies auf einen weiteren Vorteil: Genehmigungen für den Neubau von Kraftwerken seien an bekannten Standorten leichter zu bekommen, da die Akzeptanz in der Bevölkerung höher sei. Für Baden-Württemberg komme es zudem darauf an, die Industriestandorte mit ausreichend Strom zu versorgen.

Stromimporte sind keine Alternative für fehlende Kapazitäten

Solange keine neuen Kraftwerkskapazitäten entstehen, richtet sich der Blick auf mögliche Alternativen. In diesem Zusammenhang warnte Andreas Feicht, Vorstandsvorsitzender der Rheinenergie in Köln davor, sich auf die Stromimporte aus den Kraftwerken der Nachbarländer zu verlassen. Die Kraftwerksparks in Frankreich, Belgien, den Niederlanden oder Polen sei keinesfalls jünger als in Deutschland. Auch in diesen Ländern stelle sich die Frage nach Neuinvestitionen.

Feicht verwies zudem auf die wirtschaftlichen Auswirkungen von Stromimporten. Wenn Deutschland sich allein auf den Ausbau von Solar- und Windanlagen konzentriere, würde das bedeuten, dass billiger Überschussstrom exportiert werde. Bei fehlender Erzeugung in Deutschland müsse aber teureren Strom aus den Nachbarländern importiert werden. Damit finanziere Deutschland die Investitionen in den Nachbarländern, ohne direkt an den Anlagen beteiligt zu sein.

Haushalte heizen wieder normal

Die Energiekrise des vergangen Winters gilt in der Branche als gemeistert. Ein Faktor war, dass im letzten Winter in Deutschland insgesamt weniger Energie als in den Vorjahren verbraucht wurde. Ein Teil der Ersparnis wurde von den Haushalten erbracht, die weniger geheizt haben.  Christian Deilmann, Mitbegründer und Geschäftsführer des Raumklima-Unternehmens Tado führte aus, dass in diesem Winter wieder normal geheizt würde, auch weil die Energiepreise wieder gesunken sind.

Über die Gründe des gesunkenen Energieverbrauchs in der Industrie gab es nur Vermutungen.  Möglich sei, dass die Produktion zurückgefahren wurde, weil auf andere Standorte verlagert wurde oder insgesamt in der schwachen Weltkonjunktur weniger nachgefragt werde.

https://veranstaltungen.handelsblatt.com/energie/

Mehr Bewusstsein für Energie und CO2

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Anke Weidlich, Professorin am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH), Bildquelle: ESYS/Klaus Polkowski

Allein ein Umbau des Energiesystems wird nicht ausreichen, damit Deutschland bis 2045 klimaneutral werden kann. Nach Einschätzung der Arbeitsgruppe Energiesysteme der Zukunft (ESYS) wird zusätzlich eine Nachfragereduktion, Prozessumstellungen in der Industrie und ein Kohlenstoffmanagement benötigt. Im Interview für die Zeitschrift ew – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Anke Weidlich, Professorin am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH), wie ein bewussterer Umgang mit Energie künftig aussehen kann. 

Die ESYS-Studie hat mit „Suffizienz“ einen neuen Begriff in die Debatte gebracht: Der etablierte heutige Lebensstil benötige viel Energie und habe sich auch nur so entwickeln können, weil Energie in der Vergangenheit günstig war, erläutert Weidlich. Suffizienz bedeute, dass ein reduzierter Endenergieverbrauch nicht notwendigerweise mit Wohlstandsverlust bedeutet. Es gehe darum, heutige Verbrauchsmuster dort zu ändern, wo sie mit weniger Energie auskommen könnten.

Siedlungsstruktur und Verkehrsplanung überdenken

Als Beispiele nennt Weidlich Siedlungsstruktur und Verkehrsplanung. Es gebe einen  hohen Anreiz, ein Stück außerhalb der Stadt auf großen Flächen zu bauen und dann lange Pendelwege in Kauf zu nehmen. Da sich mit dem Auto schnell große Strecken zurücklegen lasse, würden Pro-Kopf-Wohnfläche und Pendelstrecken insgesamt zunehmen. Menschen wollten aber nicht unbedingt viel Zeit im Auto verbringen, sondern Ziele erreichen, macht Weidlich deutlich.

Um beim Wohnen Effizienzen zu heben, sollte es für Menschen, die es praktischer finden, eine kleinere Fläche zu bewohnen auch günstiger werden, dieses umzusetzen. Die durchschnittliche Wohnfläche pro Kopf sei auch deshalb so hoch, weil Menschen sehr lange in großen Häusern wohnen bleiben, die früher die ganze Familie beherbergt haben. Ein Umzug sei schwierig, wenn alte Mietverträge günstiger seinen als der Umzug in eine kleinere Wohnung.

Die Vorschläge der ESYS-Stellungnahme zielen darauf ab, die Lebensqualität bei niedrigerem Energieverbrauch auf gleichem Niveau zu halten. In einem Energiesystem auf Basis erneuerbarer Energien seien zwar zeitweise Überschüsse zu erwarten, aber insgesamt sei Energie eher knapp.  Bei der Umwandlung von Strom in andere Energieträger wie Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe gebe es zudem Verluste, so dass diese Energie nicht so günstig sein werde wie heute erdölbasierte Kraftstoffe. Für den Verkehrssektor werden kürzere Wege und einen Ausbau des öffentlichen Verkehrs empfohlen. In Städten könne eine Priorisierung des Fahrrad- und Fußgängerverkehrs die Lebensqualität steigern.

Energiebedarf langfristig planen

Bei langfristiger Planung sie Energiessparen nicht notwendigerweise mit Einbußen in der Lebensqualität verbunden, betont Weidlich. So lasse sich bei der Wahl eines Autos oder einer Heizung der Energieverbrauch berücksichtigen. Wichtig sei daher ein Verständnis, dass CO2-intensive Lösungen deutlich teurer werden müssen. Wenn die Menschen wissen, wie der Pfad zu den Klimazielen aussehe, haben sie die Möglichkeit, die richtigen Lösungen zu wählen.

Zentrale Botschaft von ESYS ist, dass sehr viele Maßnahmen gleichzeitig umgesetzt werden müssen. Ein Vorankommen bei der Gebäudesanierung, der Elektromobilität und dem Ausbau von erneuerbaren Energien sei anspruchsvoll, aber bei entsprechender Prioritätensetzung durch die Politik machbar, macht Weidlich deutlich. Damit ergeben sich Pfade, die im Jahr 2045 netto-CO2-Emissionen von Null ermöglichen.

Das vollständige Interview ist in ew 5/2023 erschienen.

https://energiesysteme-zukunft.de/

ESYS-Stellungnahme: Wie wird Deutschland klimaneutral? Handlungsoptionen für Technologieumbau, Verbrauchsreduktion und Kohlenstoffmanagement

Bildquelle: ESYS – Klaus Polkowski