Liberalisierter Strommarkt: Wie Computer und digitale Technik Stromausfälle vermeiden sollen - wissenschaft.de
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Liberalisierter Strommarkt: Wie Computer und digitale Technik Stromausfälle vermeiden sollen

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Bevor Strom von einem Land in ein anderes geliefert wird, prüfen Betreiber heute mit Computermodellen, ob das Netz diesen Transaktionen auch standhalten kann. Dennoch gibt es Schwachstellen: Was sich jenseits der Landesgrenzen im Stromnetz abspielt, wissen die Betreiber oft nicht und entsprechend unsicher sind ihre Prognosen. Bei einem Ausfall bleiben meist nur wenige Minuten, um richtig zu reagieren.

Auf einer riesigen Leinwand im Kontrollraum des Energieversorgers erstreckt sich ein Geflecht aus Linien. Linien, die sich verzweigen, die Knoten bilden und sich wieder aufteilen. Links unten auf der Bildfläche blinkt plötzlich eine der unzähligen Leitungen. Das Überwachungsteam im Kontrollraum ist alarmiert: Eine Überlandleitung ist ausgefallen. Binnen weniger Minuten muss das Team entscheiden, was zu tun ist. Sonst droht im schlimmsten Fall der Ausnahmezustand und ganze Landesteile sind auf einmal ohne Strom.

„Für einen stabilen Strombetrieb müssen sich Verbrauch und produzierte Strommenge zu jedem Zeitpunkt entsprechen“, sagt Markus Schläpfer vom Laboratorium für Sicherheitsanalytik der ETH Zürich gegenüber ddp. Wie es um dieses Gleichgewicht bestellt ist, erkennen die Energieexperten an einem Messwert, der so genannten Netzfrequenz. Diese wird von den Netzbetreibern deshalb laufend überprüft. Bereits im Vorfeld berechnen sie, wie sich der fluktuierende Stromhandel auf die Frequenz auswirkt.

Wenn beispielsweise Italien morgen 15 Prozent seines Stroms aus Frankreich und Deutschland beziehen möchte, muss vorher geprüft werden, ob das nicht das europäische Stromnetz überlasten würde. „Dazu müssen in immer kürzeren Zeitabständen Berechnungen und Vorhersagen gemacht werden. Bisher geschah dies im Tagesrhythmus, künftig will man jedoch auf einige Stunden kommen“, berichtet Schläpfer. Die Planer berücksichtigen im Sommer an heißen Tagen sogar Klimaanlagen. Denn wenn viele Gebäude die Kühlung einschalten, wirkt sich der erhöhte Strombedarf auf die gesamte Versorgung aus.

Für noch zuverlässigere Vorhersagen fehlt den Netzbetreibern heute allerdings häufig die Übersicht über die Stromdeals, die jenseits der Landesgrenzen stattfinden. „Das europäische Stromnetz wurde von der Liberalisierung des Stromhandels überrascht und muss nun dringend den heutigen Anforderungen angepasst werden, um die Sicherheit des Netzes zu gewährleisten“, urteilt Schläpfer.

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Die digitale Technik könnte dazu einen großen Beitrag leisten, indem sie den Austausch von Daten über das gesamte europäische Netz ermöglicht. Via Internet ließen sich dann die Werte der Frequenzen einer Überlandleitung in allen europäischen Kontrollzentralen abrufen. Sie müssten nicht mehr telefonisch bei den Kollegen im Ausland erfragt werden. Denn das kostet wertvolle Minuten, die einen verheerenden Stromausfall geradewegs heraufbeschwören.

„Wenn sich die Frequenz beispielsweise plötzlich stark vermindert, muss man sofort handeln. Für solche Fälle gibt es Notfallpläne“, sagt Schläpfer. So kann etwa die Leistung eines Kraftwerks erhöht werden. „Das funktioniert zum Beispiel mit Wasserkraftwerken sehr gut, weil die rasch mehr Leistung liefern können. Allerdings muss das innerhalb weniger Minuten geschehen“, schränkt der Experte ein.

Und genau da liegt die Krux. „Es ist nicht nur eine lückenlose Überwachung, sondern auf Notfälle wie Leitungs- oder Kraftwerksausfälle muss richtig und vor allem rasch genug reagiert werden“, fasst er zusammen. Menschen können unter Stress damit überfordert sein, in Sekunden blitzschnell und korrekt zu handeln. Bei diesen Aufgaben könnten Maschinen jedoch helfen. Mit Computertechnik und Automatisierung ließen sich nach Ansicht von Schläpfer Netzüberlastungen früher erkennen und Stromausfälle schon heute weitgehend vermeiden.

Gerade der Stromausfall in den USA wie auch jener in Italien zeigen, dass die besten Daten und Prognosen nicht helfen, wenn die Menschen nicht rasch genug die richtigen Entscheidungen treffen. „Bevor sich ein solcher Ausfall durch das Netz ausbreitet und dieses lahm legt, hat man mehrere Sekunden Zeit, manchmal wenige Minuten“, sagt Adilson Motter, der am Max-Planck-Insitut für Physik komplexer Systeme in Dresden sich wellenartig ausbreitende Störungen im Stromnetz untersucht.

In seinen Computerprogrammen konnte er zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, Stromausfälle zu vermeiden oder einzudämmen, wenn unmittelbar nach einem Ausfall sofort bestimmte Knotenpunkte gedrosselt oder abgeschaltet würden. Das Prinzip sei ähnlich dem eines Waldbrandes, der mit Gegenfeuern unter Kontrolle gebracht werden könne. „Im Fall von Italien hätte es genügt, die stromverbrauchenden Pumpspeicherkraftwerke in Norditalien abzuschalten“, fügt Schläpfer an. Da dies jedoch nicht geschah, fiel der Strom aus.

„Könnten Kraftwerke in solchen Notfällen situationsgerecht und automatisch, ohne Zutun des Menschen die Frequenzschwankung kompensieren, wäre zumindest das Zeitproblem leicht in den Griff zu bekommen. Die digitale Technik bietet da ein enormes Potenzial“, äußert Schläpfer gegenüber ddp.

In den USA werden die Stromdaten bereits hauptsächlich via Internet ausgetauscht. Auch in Europa hat die digitale Technik im Kleinen, in den Versorgungsnetzen der Städte, bereits Einzug gehalten. Computer regeln bei einem Ausfall, wie der Strom zu fließen hat. Bei allem Segen der neuen Technik werden neue Risiken laut Schläpfer jedoch nicht ausbleiben: „Auch die Gefahren beispielsweise durch Cyber-Terrorismus müssen beachtet werden.“

ddp/wissenschaft.de – Susanne Donner
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