Arbeitsblatt Netz der Zukunft

Arbeitsblatt Netz der Zukunft
1. Der Transport des Stroms
Das Stromnetz gleicht in seiner Struktur dem Straßennetz. Je länger die Übertragungswege des Stroms sind,
desto stärkere Spannungen werden verwendet. Für die größten Entfernungen setzt man Höchstspannungsleitungen mit 220 oder 380 Kilovolt (kV) ein. Bei kleineren Distanzen dienen Hochspannungsleitungen und Mittelspannungsnetze zur Stromübertragung. In die Haushalte gelangt der Strom schließlich über Niederspannungsnetze,
die größtenteils unterirdisch verlegt sind.
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 3
2. Smart Grid – unser Stromnetz wird „intelligent“
Die Energiewende ist in Bayern längst angekommen, was für das Stromnetz einen grundsätzlichen Paradigmenwechsel mit sich bringt. Schließlich ist das heutige Stromnetz ausgerichtet auf die Verteilung der
Energie von großen zentralen Kraftwerksstandorten hin zum Verbraucher. Der Ausbau der Erneuerbaren
Energien bringt eine starke Dezentralisierung der Stromerzeugung mit sich. Als Betreiber von meist kleinen
stromproduzierenden Anlagen etablieren sich nun auch Kommunen, Unternehmen und private Haushalte,
die ihren Strom in das öffentliche Netz einspeisen. War die Stromleitung bisher gewissermaßen eine Einbahnstraße, so gibt es nun Verkehr in beide Richtungen.
Dadurch ändern sich die Anforderungen an das Stromnetz drastisch. Denn wenn die schwankende Erzeugung aus regenerativen Energiequellen wie Wind und Sonne nicht mit dem Verbrauch in Einklang gebracht
wird, gerät das System aus dem Gleichgewicht. Ist beispielsweise die Stromerzeugung aus Photovoltaik an
einem sonnenreichen Tag sehr hoch, der Verbrauch jedoch gering, steigt die Spannung im Netz. Übersteigt
sie ein kritisches Maß, nehmen nach heutigem Stand der Technik Schutzmechanismen die Anlagen vom
Netz. Um die Energieversorgung und die Stabilität des Netzes zu sichern, sind neue Netzkomponenten und
Steuermechanismen erforderlich. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom „Smart Grid”. Ein „intelligentes Stromnetz“ ermöglicht die Vernetzung von Erzeugern, Energiespeichern, Netzkomponenten und
Verbrauchern. Es stellt sicher, dass die beteiligten Akteure miteinander kommunizieren und, wenn nötig,
auch gesteuert werden können.
» Aufgabe:
Lies den Text aufmerksam durch.
Beantworte gemeinsam mit einem Partner die unten stehenden Fragen.
Besprecht und vergleicht eure Lösungen anschließend in der Klasse.
1. Weshalb ist die Stromerzeugung bei Anlagen, die mit Erneuerbaren Energien betrieben werden
(Windpark, Photovoltaikanlage), häufig schwankend?
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 3
2. Weshalb führt das Einspeisen von Strom durch immer mehr Kleinanlagen (z. B. private Photovoltaikanlagen oder Windkrafträder) zu Schwierigkeiten für die Netzbetreiber?
3. Was ist das Besondere an intelligenten Stromnetzen?
3. Netz der Zukunft
Die Versorgungsqualität steht auf dem Prüfstand
Unter dem Motto „Netz der Zukunft“ startete bereits 2010 ein groß angelegtes Smart-Grid-Projekt, bei dem die
Auswirkungen der wachsenden Zahl von Erneuerbare-Energien-Anlagen (kurz: EEG-Anlagen) beleuchtet wurden.
Aus den ermittelten Daten lassen sich Grundsätze für die Planung der Mittel- und Niederspannungsnetze der
Zukunft ableiten. Ebenso liefert das Projekt Erkenntnisse zum Einsatz intelligenter Regelkonzepte für seltene
Energiespitzen.
Denn an einigen Tagen im Jahr treten bei geringem Verbrauch und gleichzeitig hoher Photovoltaik-Einspeisung
sehr hohe Netzspannungen auf. Eine hohe Spannung ist zwar Merkmal von guter Versorgungsqualität, doch kann
eine Überdosis dazu führen, dass Geräte und Verbrauchseinrichtungen überbeansprucht oder durch das Auslösen
von Schutzeinrichtungen vom Netz getrennt werden.
Auch die Leitungen sind bei einem Energieüberangebot zeitweise überlastet, ebenso die Ortsnetztrafos und
sogar der Netztransformator im Umspannwerk. Wenn die Überlastung zu lange anhält, werden die Netzanlagen
automatisch abgeschaltet, was zu Stromausfällen in den angeschlossenen Orten führen würde.
Intelligente Wechselrichter sollen für Stabilität sorgen
Mit dem Ziel, auch
bei variabler Einspeiseleistung und variablen Lasten die Spannung konstant zu halten, wurden mittlerweile intelligente Wechselrichter entwickelt. Diese Geräte sollen in Zukunft so programmiert werden,
dass sie bei auftretenden hohen Netzspannungen, also bei starker Einspeiseleistung der dezentralen Erzeugungsanlagen, eine sogenannte Blindleistung erzeugen, die dem Spannungshub entgegenwirkt und damit für Stabilität
im Netz sorgt.
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 3
Speicher gehören zu den wichtigsten Bausteinen der Energiewende
Der Ausbau von Photovoltaik und Windenergie ist eng verbunden mit der Herausforderung, dass deren Strom
produktion stark von den Wetterverhältnisse abhängt. Um einerseits Stromspitzen abzufedern und anderseits
Versorgungslücken zu schließen, sollen zunächst Pumpspeicherkraftwerke ausgebaut werden. Zudem soll in
weitere Speichertechnologien investiert werden, die es möglich machen, Strom in Energieträger zurückzuwandeln. Damit wird überschüssiger Strom aus Erneuerbaren Energien langfristig speicherbar. Vielversprechend
ist die Technologie „Power to Gas“, also die synthetische Erzeugung von Wasserstoff oder Methangas. Auch hier
werden die Weichen für einen großtechnischen und wirtschaftlichen Einsatz bereits gestellt.
» Aufgabe:
1. Bildet Gruppen von je drei bis vier Schülern.
2. Erarbeitet anhand des Textes Vor- und Nachteile
einer intelligenten Energieversorgung.
3. Fasst eure Ergebnisse auf Plakaten zusammen,
die ihr anschließend vor der Klasse präsentiert.
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Vorteile Smart-Grid
Nachteile Smart-Grid
Als zusätzliche Informationsquelle könnt ihr auch das Internet nutzen!
Tipp!
Wir bilden auch aus!
www.bayernwerk.de/schule
www.bayernwerk.de/ausbildung

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