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Fr, 18:00 Uhr
28.01.2022
Modelle zum Thüringer Energienetz

In die Tiefe geblickt

Woher wird unser Strom in Zukunft kommen und wie schafft man es, dass er bezahlbar bleibt? Zwei knappe Fragen in einem Satz, deren Beantwortung ganze Bücher füllen könnte. An der Nordhäuser Hochschule arbeitet man seit drei Jahren an einem Weg, diese Komplexität in der Tiefe zu durchdringen…

Wie weiter mit der Energiewende? Unter dem Motto "So geht's" arbeiten Forscher der Nordhäuser Hochschule an präzisen Modellberchnungen (Foto: nnz-Archiv) Wie weiter mit der Energiewende? Unter dem Motto "So geht's" arbeiten Forscher der Nordhäuser Hochschule an präzisen Modellberchnungen (Foto: nnz-Archiv)


Über die Energiewende und das tatsächliche Potential erneuerbarer Energieträger, über Stromtrassen, Kraftwerke, Netzlasten, Speichertechnologien und natürlich die Kosten wird und wurde in Deutschland und Thüringen in den letzten Jahren viel und innig gestritten.

Die tatsächliche Komplexität, die hinter diesen Fragen steht, schafft es derweil selten bis in den Fokus des öffentlichen Interesses. Eine erfolgreiche Abkehr von fossilen Energieträgern ist nicht allein eine Frage des Wollens, es ist vor allem auch eine Frage des Könnens. Und Ihre Beantwortung kann letztlich nicht auf idealisiertem Wunschdenken fußen, sonder muss auf harten Fakten ruhen. Konkret bedeutet das: viel Mathematik und lange, harte Arbeit.

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Genau der hat man sich an der Nordhäuser Hochschule in den letzten drei Jahren gestellt. Die Ingenieure rund um Professor Dr.-Ing. Viktor Wesselak haben in dieser Zeit an einem Modellsystem gearbeitet, dass in der Lage sein soll, die mögliche Entwicklung des Thüringer Energiesystems bis zum Jahr 2050 sowohl in räumlicher wie auch zeitlicher Tiefe unter variablen Vorgaben aufzuzeigen. Das Ergebnis bezeichnet Wesselack als ein „Werkzeug“ das der Systemoptimierung dienen soll.

Wobei der Begriff Werkzeug etwas in die Irre führt. Was die Wissenschaftler hier gebaut haben, ist nicht das Äquivalent zu einem Hammer mit dem man Nägel in die Wand haut. Eine griffigere Metapher wäre vielleicht das Mischpult eines Tontechnikers - ein komplexes Gerät voller Stellschrauben die für den Laien nicht nachvollziehbare Funktionen erfüllen und die bei jeder kleinen Einstellung das Ergebnis beeinflussen. Nur das hier ein Regler nicht alleine die Musik macht, sondern die Stellschrauben auch untereinander in Beziehung stehen und sich gegenseitig beeinflussen. Aufgabe des Programms ist es, wenn wir im sprachlichen Bild bleiben wollen, am Ende eine Harmonie zu erzeugen.

Neu ist, das dass Modell sich nicht auf gemittelte Jahreswerte stützt, sondern präzise, zeitliche Auflösungen bis auf Tag und Stunde hinab darstellen kann. Allein für die Berechnung der Stromlast über ein Jahr arbeite man mit 8760 sich ständig verändernden Datenpunkten, erläutert Professor Wesselack. Die grundlegenden Informationen und komplizierten Berechnungen einzuspeisen, habe bisher einen Großteil der Arbeit ausgemacht, jetzt könnte man dem Programm konkrete Aufgaben stellen. Wie passiert wenn die Preise für Batteriespeicher steigen? Was wenn ein neues Pumpspeicherkraftwerk gebaut wird? Was wenn die Rohstoffpreise anziehen? Was wenn auf zwei statt wie bisher einem Prozent der Thüringer Landesfläche Windkraft gebaut würde? Was wenn im Gegenzug weniger auf Photovoltaik gesetzt wird? „Wir können sehr spezifische Fragen stellen, der Optimierer berechnet dann die günstigste Variante“, erläutert der Professor. Auch hier können die Forscher dem Modell unterschiedliche Aufgaben stellen und so etwa die beste Variante für die Reduktion des CO2 Ausstoßes berechnen, den finanziell günstigsten Ausgang oder auch einen Mittelweg zwischen beidem.

Die Modellberechnungen komplexer Zusammenhänge können je nach Anfrage mehrere Tage Rechenzeit in Anspruch nehmen (Foto: Abschlussbericht Energiesystemmodellierung) Die Modellberechnungen komplexer Zusammenhänge können je nach Anfrage mehrere Tage Rechenzeit in Anspruch nehmen (Foto: Abschlussbericht Energiesystemmodellierung)


Begünstigende Faktoren spielen ebenso in das Endergebnis hinein, wie möglicherweise restriktive Einflüsse und können nach Bedarf angepasst werden. Dabei stützt man sich wenn möglich auf genaue Datenpunkte, etwa das Thüringer Kataster für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken und die bekannten „Lastprofile“ existierender Technik, oder man betrachtet die Auswirkungen des europäischen Stromnetzes über die Einbindung der Börsenstrompreise am gemeinsame europäischen Strommarkt. Technische Lösungen, die vielleicht am Horizont stehen mögen, aber noch nicht einsatzreif sind, finden keinen Eingang in die Berechnung, man nutze nur das, was schon da ist, erklärt Wesselak. Grundannahmen, wie einen Rückgang des Gesamtstromverbrauchs, begründet man mit Daten zur Bevölkerungsentwicklung und höheren Wirkungsgraden Abseits des privaten Verbrauchs.

Die bisherigen Ergebnisse hat die Forschergruppe in einem 160 Seiten starken Bericht zusammengefasst. Begleitet wurde die Arbeit durch einen „Werkstattprozess“ in dem alle sechs Wochen diverse Fachakteure aus Thüringen dazu eingeladen worden, kritische Fragen an die Forschungsgruppe zu stellen und ihre Modelle zu prüfen. „Das ist wie ein peer review Prozess, nur anstrengender. Aber die Leute kennen sich in ihren Branchen aus und man lernt viele Dinge, die man so in der Literatur vielleicht gar finden würde“, sagt Wesselak. Das Modellsystem soll nun vor allem den politischen Entscheidern an die Hand gegeben werden, um für die Zukunft planen zu können. Der Strom- und Wärmemarkt sei zwar ein komplexes, überregionales System, auf Ebene der Länder, Kommunen und privaten Haushalte würde aber entscheidende Weichen gestellt. Für das bundesdeutsche Energiesystem gibt es bereits ähnliche Ansätze, auf Landesebene ist das Programm der Nordhäuser Forscher aber bisher einzigartig. „Wir haben unser Projekt jetzt an verschiedenen Stellen vorgestellt und das Interesse ist groß. In den kommenden drei Jahren wollen wir die Systematik weiter verfeinern und an Punkten arbeiten, die wir bis jetzt nur anreißen konnten, etwa die detaillierte Abbildung regionaler Infrastrukturen“, so Professor Wesselak gegenüber der nnz.

Gearbeitet haben die Wissenschaftler im „Open Source“ Gedanken auf Basis der „Python“ Programmiersprache. Die Daten können also theoretisch von jedem Interessierten eingesehen und weiter verarbeitet werden, vorausgesetzt man verfügt über die passende Technik und Programmierkenntnisse. Je nach Komplexität der Abfrage könne das System Ergebnisse in einem Zeitfenster zwischen sechs Minuten und sechs Tagen „ausspucken“, kann Wesselack berichten. Man könne Abfragen erstellen, die nur wenige Parameter ändern oder dem Modell Problemstellungen geben, die mehrere hundert Dimensionen umfassen. Die Forschungsgruppe greift dafür auf das Rechenzentrum der Kollegen an der Universität Ilmenau zurück. Es sei aber durchaus auch möglich, die Berechnungen auf dem heimischen Laptop laufen zu lassen, nur dauert es dann „etwas“ länger.

Wer selber einen genaueren Blick auf die Verfahrensweise werfen will, der findet den Abschlussbericht der Forscher .
Angelo Glashagel
Autor: red

Kommentare
Fireknarf
28.01.2022, 19.03 Uhr
Zunächst
... erst einmal meinen Respekt für diese Arbeit, das macht Hoffnung, daß die geplante Energiewende vielleicht doch funktionieren kann.
Meine Bedenken gehen jedoch in eine andere Richtung. Ohne große Speicher wird es nicht funktionieren, soviel ist sicher unbestritten. Möglicherweise kann man in Deutschland ausreichend davon installieren, was aber, wenn der Rest der Welt unser Modell übernehmen möchte? Reichen dann die Ressourcen? Mir fehlt bei all der schönen neuen Technik eine Lösung für die so genannte Grundlast. Zunächst soll es das Gas (wie lange noch aus Russland?) richten. Was kommt danach?
Wir haben in Deutschland ein Problem, was am liebsten so tief wie möglich vergraben werden soll, davon ist es aber nicht weg!
Nun hört man immer öfter von einer Technologie, die einerseits dieses Problem verkleinern kann und darüber hinaus auch noch reichlich Energie erzeugen kann. Diese Flüssigsalz-Reaktoren sollen wohl auch sehr sicher sein, zumindest nicht vergleichbar mit dem Druckwasser-Reaktor.
Vielleicht sollte so manch ein Entscheider seinen Blick weiten und nicht so dogmatisch ein nur sehr schwer erreichbares Ziel verfolgen.
Wir haben in unserem Land alles, was wir brauchen, um Energie zu erzeugen: Wissen, Technologie und jede Menge Atommüll. Wir müssen nicht (wenn auch in anderen Ländern) unnötig Rohstoffe abbauen und für teures Geld aus manchmal fragwürdigen Bedingungen importieren.
Anna Lüst
28.01.2022, 20.04 Uhr
Ich bin kein Professor
und kein Doktor.
Trotzdem weiß ich, was jedes Grundschulkind weiß :
Wenn kein Wind weht, dreht sich kein Windrad.
Wenn die Sonne nicht scheint, ist die Solaranlage ineffektiv.
Wenn ich zeitgleich Kohlekraftwerke und Atomkraftwerke außer Betrieb nehme und oben beschriebene Situation Eintritt, kann ich keinen Strom erzeugen und muss selbigen im Ausland erwerben.
Der entsteht zumeist aus Kohle, Gas, Öl oder Atomkraft.
Wie dumm muss man denn sein, um das nicht zu begreifen.
Dazu benötige ich keine seitenlangen Recherchen über Ursachen und Wirkung der Elektroenergieknappheit.
Die sollen sich an der FH mal lieber mit einer intelligenten Ampelregelung in Nordhausen befassen, das bringt wenigstens was und wäre bitter nötig.
grobschmied56
29.01.2022, 11.07 Uhr
Deutschland ist Vorreiter!...
... zumindest in der Disziplin, das offensichtliche zu ignorieren und Milliarden in den Sand zu setzen.
Völlig intakte und zuverlässig funktionierende Kraftwerke abzuschalten und durch die Hoffnung zu ersetzen, die freundlichen Nachbarn werden uns schon hilfreich unter die Arme greifen, wenn unsere tollen 'Erneuerbaren' mal wieder nicht liefern können (mangels Wind und Sonne) - das ist schon ein sehr überzeugendes Konzept.
Zumal der Strom, den unsere Nachbarländer uns im Bedarfsfall liefern aus den gleichen Quellen stammen wird, die wir hier mit großem Brimborium abschalten, um die Welt zu retten. Aber Strom aus tschechischen oder polnischen Kohlekraftwerken erzeugt eben kein pöhses CO2 in Deutschland und die Einspeisung von Strom aus französischen Kernkraftwerken schmälert den Sieg unserer grünen Ideologen nicht allzu sehr.
Dazu sind sie viel zu überzeugt von ihrer eigenen Wichtigkeit. Sie werden uns auch dann noch ihre Energiewende als großen Erfolg präsentieren, wenn die Kilowattstunde 50 Cent oder mehr kostet, so daß auch ein bescheidenes Töpfchen Suppe zur luxuriösen Delikatesse wird - teuerste Zutat: der Strom, mit dem man es köchelt!
Ra1n3R
29.01.2022, 12.00 Uhr
grobschmied56
Die 50 Cent kW/h sind doch keine Utopie mehr und das Ende der Fahnenstange nicht in Sicht. Und selbst die Abschaffung der EEG-Umlage (was wurde aus den vielen Milliarden in der Vergangenheit?) wird voll über Preisanpassungen an die Verbraucher weitergeleitet werden. Die Begründung steht doch auch schon fest, Anbieter werden es mit "Marktpreisen" beantworten und aus der Politik wird der schwarze Peter dann an die Versorger übertragen. Es war schon immer so und daran wird sich nichts ändern.
Die kurze Lebensdauer einer Windkraftanlage ist für Betreiber doch kein Problem. Zumindest mit dem Konzept der Finanzierung. ;-)
Schaut man dann noch auf Mobilität etwas in die Zukunft, ist "Strom" doch schon längst ein Luxusgut. Ein großer Teil der Bevölkerung ist überhaupt nicht in der Lage, sich einen "Stromer" anschaffen zu können. Preise in den ÖPNV werden immer höher und schon jetzt überlegt sich jeder mit niedrigem Einkommen, kleiner Rente etc pp, wie oft der die Bimmel oder Bus im Monat nutzen kann.
Willkommen im Mittelalter. Ach Nee, die hatten wenigstens noch Pferde. :-)
Psychoanalytiker
29.01.2022, 13.58 Uhr
Unabhängig von dem, dass ich ...
... Anna Lüst, Grobschmied56 und Ra1n3R vollständig Recht gebe, schlage ich dennoch vor, mehrere Pumpspeicherwerke an Zorge, Salza, Helme und an diversen Bächen und Rinnsalen im Landkreis NDH zu installieren. Deren massiven Gefälle müssten doch ausreichen, bei Windstille und Bewölkung Energie ohne zusätzlichen Einkauf in Frankreich, Polen oder Tschechien zu gewinnen. Als Kind habe ich am Brandesbach mal ein kleines Wasserrad gebastelt, dass könnte bestimmt reaktiviert werden und ein Atomkraftwerk ablösen. Sarkasmus Ende.

Es ist nur noch traurig, die Ideen und den Alleingang deutscher Politik bei der Energiewende (und ohne die Nachbarländer) betrachten zu müssen ... .
Echter-Nordhaeuser
29.01.2022, 17.02 Uhr
"Zwei Prozent der Thüringer Landesfläche mit Windkraft?"
Um Gottes Willen unsere Wälder und Felder sehen doch heute schon unmöglich aus.
Der Habeck will wohl das die Vögel in Deutschland zu Fuß gehen müssen.
Pe_rle
29.01.2022, 18.33 Uhr
Energiewende
Wo soll der grüne Wahn noch hin führen???
Es wird so nicht funktionieren wie die wollen, wir zahlen jetzt schon das meiste in Europa,
demnächst arbeiten alle nur noch um den Strom bezahlen zu können.
Das Maß ist voll
Psychoanalytiker
29.01.2022, 20.06 Uhr
Der Beitrag wurde deaktiviert – Anm. d. Red.: Gehört nicht zum Thema
grobschmied56
29.01.2022, 22.14 Uhr
Der Psychoanalytiker verkennt...
... die Größenordnung, um die es geht. Der Schmied braucht nun mal kein 'Hämmerchen', er braucht einen Hammer.
Anfrage an Dr. Google: Wieviele Pumpspeicher-Kraftwerke gibt es in Deutschland?

Antwort: 'Gemäß Monitoring der Bundesnetzagentur nach § 35 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) befinden sich in Deutschland 26 Pumpspeicherkraftwerke (47 Turbinen) mit einer Gesamtleistung von 6.357 Megawatt (MW), die jeweils über eine Netto- Nennleistung von mindestens 10 MW verfügen.'
Zitat Ende
Alle deutschen Pumpspeicher-Kraftwerke zusammengenommen kommen also auf eine Leistung von (theoretisch) 6,4 Gigawatt. Die elektrische Leistung, welche die Bundesrepublik ständig benötigt, liegt zwischen 40 und 80 Gigawatt.
Die vorhandenen Speicher könnten also gerade mal ein Zehntel des Strombedarfes decken (für 4 bis 8 Stunden, dann sind die Oberbecken leer).
Wozu sind die Dinger dann überhaupt gut? Könnte man fragen. Die waren ursprünglich gar nicht dazu gedacht, unberechenbare Ausfall-Phasen sogenannter 'Erneuerbarer Energien' auszubügeln. Der Plan war, die nächtliche Überproduktion von Kohlekraftwerken zu speichern und am Tag bei Bedarfsspitzen wieder ins Netz einzuspeisen. Das hat auch jahrzehntelang in West wie in Ost ganz gut funktioniert.
Auf die jäcke Idee, daß diese Speicher für Tage oder Wochen herhalten müssen, um Schwankungen von mehreren hundert bis tausend Prozent bei der Energieerzeugung völlig unberechenbarer Windrädchen auszugleichen ist damals natürlich kein Mensch gekommen.
Um auch nur eine Woche Windmangel bei gleichzeitig trübem Himmel (wie seit Wochen) zu überbrücken, müßten wir nicht nur die Anzahl der Windräder, sondern auch die der Pumpspeicher-Kraftwerke verzehnfachen.
Solarenergie erwähne ich hier gar nicht, weil die eh nur ein Witz ist. Was soll man von einer 'Energiequelle' halten, die einen stets im Stich läßt, wenn man sie am dringendsten braucht. Bei dem dunkelgrauen Himmel, den wir seit Wochen haben bringt auch ein ganzer Hektar der hypermodernen Solarmodule gerade mal soviel Strom, um damit den Schaum vom Bier zu pusten. Im besten Fall kann man damit die Besenkammer frostfrei halten, das Haus zu heizen, dazu reichts garantiert nicht.
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