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Supergrid

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Definition: ein besonders leistungsfähiges Stromnetz zur Fernübertragung großer Mengen elektrischer Energie

Englisch: supergrid

Kategorien: elektrische Energie, erneuerbare Energie

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 30.12.2012; letzte Änderung: 09.01.2015

Der Begriff Supergrid wird zwar mit etwas unterschiedlichen Bedeutungen verwendet, aber man versteht üblicherweise darunter ein Stromnetz in Form eines Verbundnetzes, welches besonders leistungsfähig ist und meist eine größere Zahl von Ländern miteinander verbindet. Für solche Supergrids werden derzeit Pläne erarbeitet, aber es wurde noch keines realisiert.

Die übersetzte Bezeichnung Superstromnetz wird ebenfalls verwendet.

Technische Aspekte

Ein Supergrid arbeitet grundsätzlich nur auf der Höchstspannungsebene, also der Ebene der Übertragungsnetze. Die meisten Verbraucher werden von dort aus mit Umrichtern über Verteilungsnetze versorgt, die nicht als Teil des Supergrids betrachtet werden und technisch nicht oder nur unwesentlich verändert würden. Die meisten Pläne (insbesondere die neueren) sehen die Verwendung von Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) vor, obwohl auch die Hochspannungs-Drehstromübertragung (HDÜ) eine Option ist (allerdings mit verminderten Möglichkeiten für die Fernübertragung). Die einzelnen Trassen würden Leistungen von z. B. 5 GW oder sogar 10 GW übertragen können – zu vergleichen mit den 1,4 GW, die in Deutschland für 380-kV-Drehstromleitungen typisch sind.

Es kann zunächst ein Overlay-Netz realisiert werden, welches die bisherigen Kapazitäten gezielt verstärkt, aber auch ein großes und sehr umfassendes (länderübergreifendes) Netz, welches völlig neue Möglichkeiten für den Stromaustausch bietet (siehe unten). Im Gegensatz zu den bisherigen HGÜ-Systemen, die im Wesentlichen nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen realisierten, würde ein Supergrid ein erheblich vermaschtes System mit vielen Verteilungsknoten darstellen. Hierfür wären noch einige technische Entwicklungen notwendig, die aber keine größeren Schwierigkeiten bieten sollten.

Ein europäisches Supergrid würde keineswegs eine massive Ausweitung des Bestands von Hochspannungsleitungen bedeuten.

Die Leitungslängen, die insgesamt für ein europäisches Supergrid benötigt würden, wären zwar erheblich, aber doch ziemlich gering zu denen, die bereits in Form konventioneller Hochspannungsleitungen aufgebaut worden sind. Teilweise könnten auch bereits existierende Trassen genutzt werden.

Ein Supergrid müsste kein intelligentes Stromnetz sein; eine solche “Intelligenz” wäre eher auf der Ebene von Verteilungsnetzen von Nutzen. Jedoch ist ein hohes Maß an Koordination selbstverständlich auch bei den Übertragungsnetzen notwendig, um einen wirtschaftlichen Betrieb und insbesondere eine hohe Versorgungssicherheit zu erreichen.

Europäisches Supergrid

Ein europäisches Verbundnetz gibt es längst, allerdings mit sehr begrenzten Kapazitäten für den Ferntransport.

Ein Konzept für ein europäisches Supergrid entstand spätestens seit 1998 [1, 2]. Ähnliche Überlegungen werden heute im Rahmen des DESERTEC-Projekts (seit 2003) verfolgt, welches aus der Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC) [5] entstanden ist. Dies führte wiederum zur Desertec industrial initiative (Dii), an der etliche große Firmen beteiligt sind. Ein europäisches Supergrid entsprechend diesen Plänen könnte den Großteil der europäischen Verbraucher und der in Europa betriebenen Kraftwerke miteinander verbinden. Anders als im heutigen europäischen Verbundsystems könnten Strommengen international ausgetauscht werden, die einen erheblichen Teil des gesamten Verbrauchs darstellen würden. Besonders interessant wäre eine Erweiterung zu den nordafrikanischen und arabischen Ländern (siehe Abbildung 1), die über sehr gute Standorte für große Solarkraftwerke und vor allem auch für Windenergieanlagen verfügen.

europäisches Supergrid

Abbildung 1: Schematische Darstellung eines vermaschten europäischen Supergrids mit Einbindung von Nordafrika und dem Nahen Osten, nach Szenarien von Dr. Gregor Czisch. Quelle: http://www.transnational-renewables.org/. Design: Wibke v. Flemming.

Als Ergebnis einer umfassenden Untersuchung mit computergestützter Kostenoptimierung auf der Basis einer großen Datenmenge zeigte G. Czisch erstmals 2001 [3] und später anhand vieler Szenarien sehr detailliert [7], dass ein europäisches Supergrid enorme Möglichkeiten bieten würde:

Ein Supergrid würde die Vollversorgung von ganz Europa mit erneuerbarer elektrischer Energie ermöglichen!

Die Verwendung ertragreicherer Standorte für Kraftwerke bringt mehr, als die Errichtung der Netze kostet.

Selbst ein Windenergieanteil von 70 % wäre mit dem Supergrid möglich, ohne riesige Speicherkapazitäten aufbauen zu müssen.

Die Grundlastfähigkeit von Kraftwerken wäre bei Verwendung eines Supergrids ziemlich unwichtig.

Im Einzelnen könnte sich der Zusammensetzung der Erzeugung natürlich wesentlich ändern, wenn z. B. technologische Durchbrüche die Kosten bestimmter Kraftwerke erheblich vermindern. Ein solches Modell darf natürlich nicht mit einem konkret umsetzbaren Plan verwechselt werden, zumal wenn es politische Aspekte bei der Optimierung völlig ausklammert. Jedoch zeigt es prinzipielle Möglichkeiten und Probleme auf, und es erlaubt eine Bewertung vieler Aspekte – beispielsweise wie hoch der Anteil von Windenergie sein könnte, ob bessere Speichermöglichkeiten solarthermischer Kraftwerke ihre höheren Kosten ausgleichen können, wie wichtig Energiespeicher generell sind oder wie viel Grundlasterzeugung benötigt wird.

Auch das DESERTEC-Projekt stützt sich auf ein zukünftiges europäisches Supergrid. Es zielt in eine ähnliche Richtung wie das Szenario von Gregor Czisch, allerdings mit einem höheren Grad an Selbstversorgung aller Länder, einem geringeren Anteil von Energie aus Nordafrika, mit mehr Sonnenenergie und einer gewissen Unterstützung durch Erdgas.

Grundlegende Chancen und Risiken von Supergrids

Optimierte Kraftwerksstandorte

Wenn ein Supergrid auch weit entfernte Kraftwerksstandorte nutzbar macht, profitieren die erneuerbaren Energien davon am meisten.

Der Stromhandel würde mit einem Supergrid erheblich ausgeweitet, da die regionalen Unterschiede der Stromerzeugungskosten weitaus größer sind als die Kosten für den Stromtransport. Die wirtschaftlichen Vorteile der Stromerzeugung an günstigen Standorten sowie auch der reduzierten Kapazitätsreserven sind so groß, dass die Kosten für das Supergrid nicht sehr stark ins Gewicht fallen – selbst bei einer erheblichen Überdimensionierung zwecks weiterer Erhöhung der Versorgungssicherheit. Hiervon würde insbesondere die Erzeugung erneuerbarer Energie profitieren, da diese besonders stark von günstigen Standorten abhängt. Sie ist z. B. angewiesen auf viel Wind oder Sonneneinstrahlung, auch auf eine möglichst günstige zeitliche Struktur des Dargebots und auf möglichst geringe Kosten für die belegten Flächen. Dagegen bestand zu Zeiten, in denen praktisch nur konventionelle Kraftwerke von Bedeutung waren, kein echter Bedarf für ein Supergrid: Man konnte die Großkraftwerke relativ nahe bei den großen Verbrauchszentren platzieren, da es nicht so viele Anforderungen an die Standorte gab.

Große Abhängigkeiten innerhalb der Region, Autarkie nach außen

Wären zusätzliche starke Abhängigkeiten hauptsächlich innerhalb Europas ein ähnliches Problem wie die Abhängigkeit von Erdöllieferanten im Nahen Osten?

Ein europäisches Supergrid würde einerseits bedeuten, dass die einzelnen Länder ihre schon heute nur noch sehr eingeschränkte Autarkie vollends aufgäben. Im Grundszenario der Untersuchung von Gregor Czisch [7] würde beispielsweise Deutschland als ein besonders extremer Fall über 80 % seiner elektrischen Energie importieren, während es heute noch einen leichten Exportüberschuss hat. Dies würde sehr starke Abhängigkeiten innerhalb von Europa und ggf. auch im Verbund mit Nordafrika erzeugen. Andererseits würde die Region Europa / Mittelmeer als Ganzes dadurch im Strombereich autark werden; es bestünde hier keine Abhängigkeit mehr durch Importe z. B. von Kohle und Erdgas.

Politische Stabilität der teilnehmenden Länder ist wichtig – und kann gerade durch die Kooperation gestärkt werden. Genau dieser Ansatz hat in der Europäischen Union den Frieden für viele Jahrzehnte stabilisiert.

Es liegt auf der Hand, dass ein Supergrid mit starken internen Abhängigkeiten nur realisierbar ist, wenn in der gesamten teilnehmenden Region ein hohes Maß an politischer Stabilität herrscht. Insbesondere in Bezug auf Nordafrika und den Nahen Osten gibt es hierzu erhebliche Bedenken. Allerdings könnte gerade die Teilnahme in einem Supergrid und die daraus resultierende wirtschaftliche Verflechtung diese Stabilität erzeugen – ähnlich wie die Montanunion im Bereich Kohle und Stahl einst Deutschland und Frankreich verband: Die Montanunion wurde nicht etwa geschaffen, weil die Partnerschaft zwischen Frankreich und Deutschland schon so gut etabliert gewesen wäre, sondern um Europa politisch zu stabilisieren. Offenkundig ginge es auch nicht darum, plötzlich ein voll ausgebautes Supergrid einzuschalten und die bisherige Versorgung abzuschalten, sondern vielmehr das System allmählich umzubauen. Hierbei würde die große Zahl von teilnehmenden Ländern und gerade die flexible Möglichkeit des Stromaustausches durch das Supergrid die Abhängigkeit von einzelnen Länder relativ gering halten – wesentlich geringer als z. B. heute die Abhängigkeit von Russland in den Bereichen Erdgas und Erdöl.

Erhebliche Abhängigkeiten nach außen würden immer noch in anderen Verbrauchssektoren bestehen, insbesondere bei Wärme und Verkehr. Diese könnten mit der Zeit durch eine zunehmende Elektrifizierung (ergänzend zu anderen Maßnahmen wie z. B. eine erhöhte Energieeffizienz) vermindert werden. Im Wärmebereich bieten sich hierzu Wärmepumpen an – gerade dann, wenn kostengünstig regenerativ erzeugter Strom in größeren Mengen verfügbar wird. Schwieriger dürfte sich die Umstellung im Verkehrsbereich gestalten, wo die Abhängigkeit vom Erdöl sehr hoch ist und Elektroautos vorerst keine einfache Lösung versprechen können.

Natürlich ist es eine große Herausforderung, die Entstehung eines multinationalen Supergrids und vor allem der damit verbundenen Kraftwerke zu organisieren. Es ist zu erwarten, dass diverse nationale Egoismen und insbesondere einflussreiche Interessengruppen innerhalb von Staaten eine solche Entwicklung stark behindern könnten. Es wäre eine große Aufgabe für die Europäische Union, diesen Prozess erfolgreich zu gestalten.

Zentrale Versorgungsstrukturen

Die Entwicklung mit einem Supergrid würde völlig konträr zu solchen Strategien verlaufen, die auf eine dezentrale und verbrauchernahe Stromerzeugung abzielen. Entsprechend werden Projekte wie das europäische Supergrid und DESERTEC von den Protagonisten einer dezentralen Strategie sehr kritisch gesehen. Kritisiert wird insbesondere, dass damit eine ähnliche zentrale Struktur aufgebaut wird wie diejenige, die vor der Energiewende die Stromversorgung fast ausschließlich mit konventionellen Kraftwerken (fossil befeuerten Kraftwerken, Kernkraftwerken und einigen Wasserkraftwerken) organisiert und die Einführung erneuerbarer Energien behindert hat. Allerdings ist die Situation heute in verschiedener Hinsicht deutlich verändert, u. a.

  • durch die Liberalisierung des Strommarkts (mit unabhängigen Übertragungsnetzbetreibern) und Schwächung der ehemaligen Monopole,
  • durch die zunehmende Einsicht in die Probleme von Klimagefahren und der Endlichkeit fossiler Energieträger bei Bevölkerung und Regierungen,
  • durch die allmähliche Abkehr von der Kernenergie angesichts immer weiter steigender Kosten und eines schwindenden Vertrauens in die Sicherheit dieser Technologie,
  • durch die für viele unerwartet schnellen Fortschritte bei der deutschen Energiewende,
  • und durch das zunehmende Interesse für eine verstärkte Zusammenarbeit mit benachbarten Regionen.

Von daher dürfte sich das Engagement großer Firmen und von Regierungen heute anders als früher für die Energiewende nutzen lassen.

Wenn große, energieeffiziente und bezahlbare Energiespeicher nicht realisierbar werden (beispielsweise durch neue technische Erfindungen), wird ein Supergrid wohl die einzige technische Lösung sein, die einen sehr hohen Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung ermöglicht.

Zu bedenken ist überdies, dass ein Supergrid, selbst wenn es vorwiegend für die Integration großtechnischer Anlagen gebaut würde, zwangsläufig auch die Integration dezentraler Erzeugungsanlagen stark erleichtern würde. Es würde nämlich die Problematik der Energiespeicherung entschärfen, die sonst den nutzbaren Anteil erneuerbarer Energien voraussichtlich auf weit unter 100 % beschränken würde, solange keine besseren Speichertechnologien entwickelt würden.

Verschiedene Lösungsansätze sollten natürlich danach beurteilt werden, in wieweit sie das Erreichen der zentralen Ziele ermöglichen – insbesondere die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern (nicht zuletzt als Element des Klimaschutzes) und (je nach Standpunkt) auch von der Kernenergie. Hierbei werden auch die Kosten eine wichtige Rolle spielen müssen, da sonst die Realisierbarkeit stark in Frage gestellt. In diesem Fall würde die Gefahr bestehen, dass der Status quo zu lange erhalten bleibt und die zentralen Probleme ungelöst bleiben.

Literatur

[1]H. Brauch (Hrsg.), G. Czisch (Hrsg.), G. Knies (Hrsg.), “Regenerativer Strom für Europa durch Fernübertragung elektrischer Energie”, September 1998, Physikzentrum Bad Honnef der DPG, Proceedings, Verlag: AFES-Press, Moosbach ISBN 3-926979-71-2
[2]G. Czisch, “Potentiale der regenerativen Stromerzeugung in Nordafrika – Perspektiven ihrer Nutzung zur lokalen und großräumigen Stromversorgung”, Vortrag auf der Frühjahrstagung 1999 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Heidelberg, März 1999, http://gc.transnational-renewables.org/wiki/images/5/59/1999-09-11_Pot_Strom_Nordafrika.pdf
[3]G. Czisch, S. Kronshage und F. Trieb, “Interkontinentale Stromverbünde – Perspektiven für eine regenerative Stromversorgung”, Jahrestagung FVS, Potsdam, September 2001, http://gc.transnational-renewables.org/wiki/images/4/44/2002-04-03_fvs_2001_potsdam.pdf
[4]“The Supergrid”, ein Blog von Eddie O'Connor (englisch), http://eddie.mainstreamrp.com/supergrid/
[5]K. Benhamou et al., “Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation ”TREC“ – for development, climate stabilisation and good neighbourhood”, Deutsche Gesellschaft Club of Rome und Hamburger Klimaschutz-Fonds, November 2003, http://gc.transnational-renewables.org/wiki/images/7/74/2003-10-16_TREC.pdf
[6]G. Czisch, “Interkontinentale Stromverbünde – Perspektiven für eine regenerative Stromversorgung”, http://gc.tnrc.de/wiki/images/4/44/2002-04-03_fvs_2001_potsdam.pdf (2001)
[7]G. Czisch, “Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien”, Dissertation (2005), http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-200604119596

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Stromnetz, Verbundnetz, Hochspannungs-Gleichstromübertragung, erneuerbare Energie
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, erneuerbare Energie

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