Ansätze in der Normung

Im Komitee 544 »Elektrische Einrichtungen für energieeffiziente Gebäudeinstallationen« der DKE macht man sich Gedanken, wie elektrische Energie in Bauten sparsamer verwendet werden kann, denn offenbar ist das Energie sparen immer noch unsere ergiebigste »Energiequelle«. Parallel dazu versucht der Arbeitskreis 221.5.1 »Energieeffizienz und Smart Grid« herauszuarbeiten, wie Lasten intelligenter gesteuert werden können, um mehr zu diesem Ziel beizutragen. Schließlich genügt es nicht, an Hand einer zuverlässigen Prognose einen Mangel oder einen Überschuss nur vorherzusagen; man muss ihn dann auch bewältigen. Es soll also überlegt werden – wenn schon die Erzeugung dem Verbrauch nicht mehr im erforderlichen Umfang zu folgen vermag – in wie weit der Verbrauch zeitlich dem Angebot angepasst werden kann. Das fängt bei der Definition schon an, wann ein »Grid« denn »smart« ist. Glücklicherweise hat man sich auf alte deutsche Tugenden besonnen und die zwar eher sperrig und weniger griffig, dafür aber detailliert und beschreibend gehaltene Übersetzung »intelligentes Elektrizitätsversorgungssystem« gewählt. Das Wort »smart« taucht in der VDE 0100-802, der deutschen Fassung der IEC 60364-8-2, überhaupt nicht auf.

Entsprechend soll im Nachfolgenden unter »regenerativ«, »erneuerbar«, »nachhaltig«, »ökologisch« oder »grün« im Zusammenhang mit elektrischer Energie eine Art der Erzeugung verstanden werden, die sich innerhalb eines Kreislaufs theoretisch unendlich fortsetzen ließe, ohne dass irgendwelche Rohstoffe auf Nimmerwiedersehen verbraucht würden – begrenzt jedoch auf die zur Erzeugung eingesetzten Medien. Dass insbesondere bei der Errichtung der Anlagen zum Teil auch Stoffe im engeren Sinne des Wortes nicht nur »verbaut«, sondern dabei auch »verbraucht« werden, kann und muss hier vernachlässigt werden. Dies müsste im Zuge separater »Ökobilanzen« untersucht werden, was auch geschieht – und in aller Regel zeigt, dass z. B. eine Maßnahme zur Verbesserung der Effizienz unvergleichlich viel mehr an Rohstoffen einspart als zum Einsatz der Maßnahme benötigt wird. Bei Anlagen – und insbesondere bei großen – die über Jahre und Jahrzehnte hinweg tagein, tagaus Energie liefern und verbrauchen, darf dieser Einfluss im Allgemeinen vernachlässigt werden. Man denke nur an die drei Güterzüge voll Kohle, die ein mittelgroßes Kohlekraftwerk täglich verschlingt. Der damit verbundene Umwelt-Einfluss hat den aus der Herstellung und Verarbeitung des im Kraftwerk eingesetzten Betons, Stahls, Kupfers usw. schnell eingeholt.

Tabelle 1.1: Installierte Leistung und erzeugte Energie der Stromversorgung Deutschlands 2016 (BDEW); maximaler Leistungsbedarf: 81,945 GW am 07. 12. 2016 zwischen 17 und 18 Uhr; Minimum 36,67 GW am 03. 07. 2016 zwischen 5 und 6 Uhr (ENTSO-E Statistical Fact Sheet 2016)
Tabelle 1.1: Installierte Leistung und erzeugte Energie der Stromversorgung Deutschlands 2016 (BDEW); maximaler Leistungsbedarf: 81,945 GW am 07. 12. 2016 zwischen 17 und 18 Uhr; Minimum 36,67 GW am 03. 07. 2016 zwischen 5 und 6 Uhr (ENTSO-E Statistical Fact Sheet 2016)

Natürlich ist die Energie selbst nicht im Wortsinn »erneuerbar«, sondern es ist gemeint, dass sie sich auf diese oder jene Art unerschöpflich nutzen lässt. Ebenso wird als bekannt vorausgesetzt, dass »Energie nie gewonnen oder verloren werden kann«, worauf die Physiker stets bestehen. Energie, die sich auf Nimmerwiedersehen in der Umwelt verteilt, ist aber für den Techniker verloren.

Weil zudem das Joule [J] zwar die offiziell zu verwendende, aber eine gar so kleine Einheit für Energie ist, bleibt man in der technischen Literatur und z. B. in der Stromwirtschaft bei Kilowattstunden – und ist dennoch ganz schnell bei Megawattstunden (1000 kWh = 106 Wh), Gigawattstunden (109 Wh) und Terawattstunden (1012 Wh) gelandet (übrigens nicht »Terrawattstunden«, wie man es auch manchmal liest, selbst wenn es sich hierbei um irdische Dinge handelt). Man sieht aber auch die Einheiten Petajoule (1015 J) und Exajoule (1018 J).

Zu beachten ist dabei auch, dass der Gebrauch der Einheiten wie »€/MWh« bzw. »ct/kWh« so, wie sie hier und im Allgemeinen geschrieben werden, eigentlich arithmetisch falsch dargestellt werden. Gemeint sind »Euro pro Megawattstunde« bzw. »Cent pro Kilowattstunde«, doch diese müssten korrekt als »€/(MWh)« bzw. »ct/(kWh)« geschrieben werden, denn eine Kilowattstunde ist ein Kilowatt mal eine Stunde. Man könnte also die Klammer auch auflösen und die Einheit als »€/MW/h« bzw. »ct/kW/h« schreiben. Dies ist jedoch – obwohl arithmetisch ebenfalls korrekt – vollkommen unüblich, wurde bei den Recherchen für diese Arbeit auch nur ein einziges Mal so vorgefunden und führte dort auch bei mehreren Lesern zu Missverständnissen: Da es gerade in dieser Quelle um Lastverschiebungen geht, wurden die entsprechenden Zahlen irrtümlich als Rampensteilheiten der Leistung aufgefasst. Es war jedoch von Energiemengen die Rede. Daher werden in der vorliegenden Arbeit die (ebenfalls theoretisch korrekten, aber etwas gebräuchlicheren) Darstellungen »€/(MWh)« bzw. »ct/(kWh)« genutzt.

In einem Landesnetz wie dem deutschen mit einer Leistungsentnahme zwischen etwa 30 GW und 80 GW (2017), das über eine summierte Fotovoltaik-Einspeisung mit einer gesamten Nennleistung von rund 43 GW sowie etwa 56 GW Windkraft verfügt (Tabelle 1.1), muss man sich fragen, ob dieses Netz nicht ohnehin schon »smart« ist, wenn es noch zuverlässig läuft. Immerhin bedeutet dies, dass es Zeiten gibt oder geben könnte, zu denen ausschließlich erneuerbare Energie »im Netz« ist. Das zufällige örtliche Aufziehen und Abziehen von Wolkenfeldern und Windgebieten verkraftet dieses Netz jedenfalls auf Grund automatisierter Prozesse. Sollte aber einmal ein Ereignis die Fotovoltaik-Einspeisung landesweit betreffen, dann, so berichtet ein Mitarbeiter des Netzbetreibers Westnetz im K 544, wird im Vorfeld Wochen lang »herum gerechnet«, bis ein Plan z. B. zum Durchfahren der Sonnenfinsternis am 20.03.2015 stand. Zum Glück sind solche Ereignisse Jahrzehnte im Vorhinein auf die Minute genau bekannt. Ansonsten müsste der Zustand der Bereitschaft – Erhöhung der Primär- und Sekundär-Regelleistung – dauerhaft gehalten und die dafür entstehenden Mehrkosten natürlich auf den Strompreis umgelegt werden. Gut, dass es dieses »deutsche Landesnetz« so gar nicht gibt, sondern ein Verbundnetz mit einer Verbundgesellschaft dahinter steht, sonst wäre der ständig zu treibende Aufwand sowie insbesondere derjenige zum Durchfahren solcher Ereignisse noch deutlich größer. Die Betrachtung des Frequenzverlaufs (Bild 1.1) lässt jedoch gegenüber einem ganz »normalen« Tag keinerlei Auffälligkeiten erkennen. Auch hebt sich der fragliche Zeitbereich in keiner Weise vom Rest des Tages ab – »Stresstest bestanden«.

Verlauf der Frequenz im westeuropäischen Verbundnetz am 20.03.2015 (und der Spannung am Messpunkt): Sonnenfinsternis zwischen 9:25 und 11:50 Uhr
Verlauf der Frequenz im westeuropäischen Verbundnetz am 20.03.2015 (und der Spannung am Messpunkt): Sonnenfinsternis zwischen 9:25 und 11:50 Uhr