50 Hertz: Diese Frequenz herrscht im europäischen Wechselstromnetz vor. Für Netzstabilität darf die Frequenz nur unwesentlich von diesem Wert abweichen. Anders ausgedrückt: Es bedarf in einem weitgehend ungeplant gewachsenen Stromnetz wie dem europäischen hohen Überwachungsaufwand, um die Netzfrequenz jederzeit überall stabil zu halten.
Taktgeber für die Netzfrequenz sind weitgehend die europäischen Großkraftwerke. Das ist nicht ganz unproblematisch in einer Zeit, die mittlerweile sehr viele dezentrale Erzeugungseinheiten geringerer Größenordnung vorweisen kann. Allein in Deutschland sind auf Dächern, Industriebrachen, Wiesen und Feldern mehr als fünf Millionen Solaranlagen installiert, die Masse davon im Privatkundensegment sprich unterhalb der Schwelle von zehn Kliowattpeak Leistung. Was bedeutet das für die Netzstabilität?
Forscher der Eidgenössisch-Technischen Hochschule (ETH) Zürich haben an einer Antwort gearbeitet. Neue Algorithmen könnten das europäische Stromnetz auch ohne konventionelle Großkraftwerke stabil halten. Sie setzen dabei auf die Wechselrichter als neue Taktgeber im Stromnetz.
Der Schlüssel, so das Forschungsteam um Florian Dörfler, liegt in den neuentwickelten Algorithmen, mit denen netzbildende Wechselrichter intelligent geregelt werden können. Diese wandeln den von Wind- und Solarkraftwerken erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speisen ihn synchron zum Takt des Netzes ein. Bisher orientierten sich die Wechselrichter lediglich am vorgegebenen Takt. Doch wenn diese Taktgeber zunehmend wegfallen, müssen die Wechselrichter aktiv dazu beitragen, den Takt stabil zu halten. Genau das ermöglichen die neuen Algorithmen.
Die intelligente Regelung mit den neuen Algorithmen macht es möglich, dass Wind- und Solarkraftwerke auch bei Netzfehlern am Netz bleiben, weiterhin Strom liefern und so aktiv zur Stabilisierung der Netzfrequenz beitragen. Das bislang rigorose Abschalten entfällt in Zukunft und die Wechselrichter sind mit Unterstützung der Algorithmen in der Lage, die Rolle der klassischen Großkraftwerke zu übernehmen.
Der entscheidende Ansatz bestand darin, bei Netzfehlern die Netzspannung und die Frequenz des Wechselstroms unabhängig voneinander zu behandeln. Entwickelt wurde diese Idee von Maitraya Desai, einem Masterstudenten im Forscher-Team, der mittlerweile an der ETH promoviert.
Der neue Regelalgorithmus konzentriert sich bei Netzfehlern darauf, die Taktfrequenz unter allen Umständen stabil zu halten, indem er den Strom begrenzt und so eine Überlastung des Wechselrichters verhindert. Die Spannung hingegen darf in solchen Situationen weiterhin frei schwanken.
