Immer mehr elektrische Lasten – und was ist mit dem Netz?

Im Rahmen der strategischen Initiative «Energy Chance» hat die Fachhochschule Nordwestschweiz von 2015 bis 2017 die Vorbereitungen für eine interdisziplinäre Explorationsumgebung geschaffen. Mit verschiedenen Anspruchsgruppen widmen sich unsere Fachexperten in den zwei Hauptprojekten «Regionaler Energieverbund» und «Digitale Energiesysteme in Quartieren» diversen Fragen der Energiewende.

Die herkömmlichen Netzstrukturen stossen als Folge der Energiewende an ihre physikalischen Grenzen, doch der Netzausbau wird teuer. Das Projekt Poweralliance möchte ungenutzte Reserven im Mittelspannungsnetz nutzen, um den Netzausbau zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Dabei profitiert der Kunde und der Verteilnetzbetreiber.

Die Abkehr von fossilen Energieträgern – und somit eine Reduktion von CO2 –  bedeutet ein erhöhter Bedarf an Strom und zieht gemäss heutigem Wissensstand einen massiven Netzausbau nach sich. Um die Ausbaukosten möglichst tief zu halten, sind innovative Ideen gefragt.

Unter der Leitung der Alpiq AG entstand das Projekt «Poweralliance», eine Zusammenarbeit von Alpiq Digital AG (ehem. Xamax) und Aski mit den Hochschulpartnern FHNW, ZHAW und HSLU als auch Verteilnetzbetreiber Primeo Netz AG und Stadtwerke Crailsheim GmbH. Ausgangspunkt war die Beobachtung, dass in heutigen Netzen noch viel ungenutzte Reserve vorhanden ist. Heutige Mittelspannungsnetze sind meist in offener Ringform aufgebaut, bestehend aus zwei Strängen, welche im Normalfall nicht verbunden werden. Tritt aber in einem Strang eine Störung auf (zum Beispiel ein Defekt eines Kabels durch einen «Baggerangriff»), so können nach der Isolation des defekten Betriebsmittels die beiden Stränge miteinander verbunden werden. Der eine Strang kann somit die Lasten des anderen Strangs mit übernehmen. Dies ist auch unter dem Namen «n-1 Sicherheit» bekannt.

Da dieser Störfall für die Auslegung der beiden Stränge massgebend ist, werden im Normalfall beide Stränge nur zu 50% genutzt. Im Störfall muss ein Strang die anderen 50% des anderen Strangs mit übernehmen können. Aus diesem Grund werden in den allermeisten Fällen nur die «unteren» 50% eines Stranges genutzt – die «oberen» 50% bleiben ungenutzt. Diese Reserve will das Konsortium im normalen Betrieb nutzbar machen (vgl. Abbildung). Damit könnte eine netzseitige Kapazitätsverdoppelung auf der Mittelspannungsebene erreicht werden.

Für die Nutzung des «oberen Kapazitätsbandes» ist eine neue Klassifizierung der Lasten notwendig: die bedingten Lasten. Bei solchen Lasten erlaubt sich der Netzbetreiber im Störfall diese Lasten abzuschalten. Das «obere Kapazitätsband» wird nun für den anderen Strang benötigt. Typische Vertreter der bedingten Lasten sind Batteriespeicher, Power-to-Gas oder Power-to-Heat Anlagen [1] – also genau diese Art von Lasten, welche eine Reduktion des CO2 Verbrauchs bewirken sollen.

In Poweralliance wurde untersucht, ob ein solches Konzept, gekoppelt mit einem geeigneten Tarif mit wesentlich geringeren Netzkosten für bedingte Lasten, technisch machbar und ökonomisch sinnvoll ist. Hierzu wurden Simulationen für das Jahr 2035 durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass

1. ohne die bedingten Lasten mit ihrem Poweralliance-Tarif kein nennenswerter Ausbau der CO2 vermeidenden Lasten stattfinden wird. Es gibt selbst unter optimistischen Annahmen kaum Anreize dafür; die Amortisationsdauer ist mit über 20 Jahren zu hoch.
2. mit der Einführung der bedingten Lasten und ihrem Poweralliance-Tarif die Amortisationsdauer für die untersuchten Beispielfirmen auf unter 7 Jahre sinkt. Hier erscheint ein Ausbau der CO2 vermeidenden Lasten als sehr wahrscheinlich.

[1] Power-to-X Anlagen erzeugen X mit Hilfe von Strom. Zum Beispiel sorgt bei Power-to-Heat beispielsweise eine Wärmepumpe unter Einsatz von Strom für beheizte Gebäude.

Text von: Joachim Bagemihl, Holger Wache, Yves Wymann, Léa Hug http://www.energyatfhnw.ch/