Hybride Stromnetze für die Energiewende

2015 | Zukunftsblog Von: Prof. Christian Franck, ETH Zürich

Die Abkehr von fossilen Energieträgern und der vermehrte Einsatz erneuerbarer Energiequellen stellt neue Anforderungen an das Stromnetz. Der Bau neuer Strommasten stösst aber in der Bevölkerung nicht auf Gegenliebe. Ein nationales Forschungsprogramm erforscht eine vielversprechende Alternative.

Die Energiewende ist inzwischen in breiten Kreisen der Bevölkerung und Fachwelt akzeptiert und wird als sinnvolles Ziel erachtet. Wie die Wende aber konkret zu realisieren ist, ist alles andere als klar und wird von Politik, Fachwelt und Bevölkerung intensiv und kontrovers diskutiert: Zentrale oder dezentrale Stromerzeugung? Wasserkraft, Photovoltaik, Wind, Biomasse, Geothermie oder Solarthermie? Speicher mittels Batterie, Gas, Druckluft oder Wasserkraftpumpspeicher? Wie auch immer der Umbau am Ende realisiert wird, um auch die Anbindung der neuen Energiequellen zu gewährleisten, muss das bestehende Stromnetze ausgebaut und erneuert werden. Hier gibt es enormes Konfliktpotenzial, insbesondere wenn die ersten Trassenplanungen öffentlich gemacht werden. Auch wenn den meisten klar ist, dass neue Leitungen nötig sind: Im eigenen Vorgarten möchte sie dann doch niemand haben. Die Klärung aller Einsprachen gegen neue Leitungsabschnitte kann ein Vielfaches der Zeit in Anspruch nehmen, die für die technische Planung und Umsetzung nötig wäre. Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) weltweit haben zahlreiche Ansätze getestet, um die Akzeptanz in der Bevölkerung für neue Trassen zu steigern. Von einer frühzeitigen engeren Einbindung und offeneren Kommunikation über Sinn und Nutzen des Projekts, Architekturwettbewerbe für optisch ansprechende Lösungen für Strommasten bis hin zu unterirdisch verlegten Kabeln.

In der Forschung werden auch andere innovative Lösungen diskutiert, welche die Leitungskapazität steigern und den notwendigen Ausbau der Übertragungsnetze minimal halten könnten. Darunter fallen zum Beispiel supraleitende Kabel oder der Transport von synthetisch erzeugten chemischen Energieträgern wie Wasserstoff aus Elektrolyse.

Übertragungskapazität steigern

Ein Konzept, welchem bisher wenig Beachtung geschenkt wurde, ist die hybride Wechselspannungs- und Gleichstromleitung. Hierbei wird auf einem bestehenden Strommast ein System – bestehend aus drei Leitern – anstelle von Wechselspannung neu mit Gleichstrom betrieben. Der übliche Dreiphasenwechselstrom (oder Drehstrom) hat zwar einige Vorteile gegenüber Gleichstrom, führt aber bei grossen Entfernungen zu hohen Übertragungsverlusten und hat eine geringere Übertragungskapazität. Durch ein hybrides Übertragungsnetz, bei dem ein Teil der Leitungen mit Gleichstrom betrieben wird, lässt sich die Übertragungskapazität auf ebendiesen Leitern um mindestens 30 bis 50 Prozent steigern. Je nach Mastgeometrie und Betriebsführung kann die Steigerung effektiv sogar noch deutlich höher sein.

Ein erstes Projekt dieser Art ist in Deutschland unter dem Namen