Die elektrische Energieversorgung – gestern und heute

08.06.2017

Die flächendeckende Versorgung mit Elektrizität ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Umso spannender ist die Entwicklung unseres Stromnetzes bis zur heutigen Zeit. Peter Tscherny – bei Oehmichen & Bürgers für die Elektrotechnik zuständig – lässt die Entstehungsgeschichte in Teil 1 dieser Beitragsserie Revue passieren.


Die erste brauchbare Anwendung des elektrischen Stromes überhaupt war die Versorgung der Haushalte mit elektrischer Energie zur Beleuchtung, zum Betreiben von stationären Motoren (z. B. in der Landwirtschaft) oder zu Heizzwecken. Nach einer Vielzahl von regionalen Lösungen war der Aufbau unseres Elektrizitätsnetzes in den 1930er Jahren weitgehend abgeschlossen. Erzeugt wurde die elektrische Energie damals in Laufwasser- und Dampfkraftwerken, in denen Kohle verbrannt und das dadurch erhitzte und verdampfte Wasser Turbinen antrieb. Die erstere, sehr umweltfreundliche Kraftwerksform ist sehr zukunftssicher, jedoch hierzulande weitgehend ausgeschöpft. Nach dem zweiten Weltkrieg wurden neben Kohle andere fossile Energieträger wie Erdgas und Öl zur Stromerzeugung genutzt. Neu hinzu kam die Kernspaltung – eine anscheinend sehr saubere und schier unerschöpfliche Energiereserve. Alle diese Kraftwerksformen haben eines gemeinsam: Der Strom wird kontinuierlich erzeugt, spontane Änderungen sind wegen der Trägheit der großen Anlagen kaum möglich. Die Gesamtheit der zu einem Netz zusammengeschalteten Haushalte hat aber ebenso einen weitgehend kontinuierlichen Bedarf, wenn man vom Tag- und Nachtbetrieb einmal absieht. Es treten nur wenige Schwankungen des Bedarfes auf, die Sonderlösungen in Form von sehr dynamischen Spezialkraftwerken kleiner Leistung erfordern.

Während in den 1970er Jahren die ersten Entwicklungen von alternativen Stromerzeugungsformen weitgehend von der Sorge vor Ressourcenknappheit geprägt waren, bestimmte die Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit zusammen mit den Atomunfällen von Tschernobyl und Fukushima ein radikales Umdenken. Die Energiewende hat dadurch drastisch an Bedeutung gewonnen.

Während die Selbsterzeugung von Strom in der Vergangenheit von den Energieversorgungs-unternehmen unerwünscht war, förderte die Politik seit den 1990er Jahren gesetzlich deren Einspeisung ins Stromnetz mit einer lukrativen Vergütung, was einen größeren Boom auslöste. Schon in dieser ersten Phase war Oehmichen & Bürgers beispielweise bei der Entwicklung von Anlagen zur Herstellung von Solarzellen, bei der Planung von Photovoltaikanlagen sowie bei der Konstruktion von Windkraftanlagen und bei der Planung des erforderlichen Netzausbaus beteiligt. Insgesamt war aber der Anteil der regenerativen Energieerzeugung noch sehr gering. Eine Anpassung der Übertragungsnetze innerhalb Deutschlands war aus diesem Grunde noch nicht nötig. Dies wird aber schon bald anders sein. Die neu hinzukommenden regenerativen Wind- und Solar-Kraftwerke stellen die Energie sehr unregelmäßig, örtlich ungleich verteilt und schlecht vorhersehbar zur Verfügung. Der immer geringer werdende Anteil von konventionellen Kraftwerken wird in naher Zukunft schon nicht mehr in der Lage sein, diese Unregelmäßigkeiten auszugleichen.

Die erste Schwierigkeit besteht darin, den in der windreichen und deshalb für Windkraftanlagen präferierten Küstenregion Deutschlands erzeugten Strom in das Landesinnere und in den Süden zu leiten. Dazu sind verlustarme Stromtrassen neuer Technologie nötig, da nun deutlich größere Entfernungen zurückgelegt werden müssen. Während die Maßnahmen zur besseren Verteilung des regenerativ erzeugten Stromes schon eingeleitet sind und sich in der Planungs- bzw. Bauphase befinden, ist ein zweiter wichtiger Gesichtspunkt weit schwieriger umzusetzen und bisher nur in der Theorie behandelt worden: Die Speicherung von überschüssigem Strom in Spitzenzeiten für Zeiten ohne Sonne und Wind. Ideen dafür sind reichlich vorhanden, z. B. die Umwandlung des Stromes in leicht speicherbaren Wasserstoff, der bei Bedarf in Gaskraftwerken oder per Brennstoffzellen wieder verstromt werden kann. Auch das Umfunktionieren von alten Bergwerken in Pumpspeicherkraftwerke, in denen in eine höhere Etage hochgepumptes Wasser beim Herunterfließen Strom erzeugt. Aber auch die Speicherung elektrischer Energie in Batterien, z. B. in denen von Elektroautos, wenn diese gerade zum Aufladen am Stromnetz angeschlossen sind. Schon jetzt wirkt Oehmichen & Bürgers daran mit, durch intelligente Lösungen die Nachhaltigkeit zu verbessern, z. B. durch Planung von effizienteren Generatoren auf der Erzeuger- und effizienteren (weil drehzahlgeregelten) Antrieben auf der industriellen Verbraucherseite.

Einen anderen Ansatz zur Lösung des Problems von Angebot und Nachfrage des regenerativ erzeugten Stromes ist das „Smart Grid“. Was sich dahinter verbirgt, lesen Sie in Teil 2 „Das intelligente Netz“ dieser Beitragsreihe.

Peter Tscherny
Abteilung Elektrotechnik

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