Stromnetze

Stromnetze

Stromnetze entwickeln sich zur wichtigsten Säule zum Austausch von Energie. Sie verbinden Erzeugungs-, Speicher- und Verbrauchsinfrastrukturen auf allen Netzebenen miteinander.

Hochspannungsnetze transportieren Energie mit hoher Leistung und verlustarm über weite Distanzen und eignen sich daher besonders für den überregionalen Energieaustausch.

Verteilungsnetze stellen die Verbindungen zu den urbanen und industriellen Verbrauchern her und machen ca. 98 Prozent des gesamten deutschen Stromnetzes aus.

Materialien zum Thema Stromnetze

Unsere Expert*innen für Stromnetze

Hochspannungspfosten

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Hochspannungspfosten ©freepik / evening_tao

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Dezentrale Erzeuger integrieren
Stromnetze waren ursprünglich so konzipiert, dass die in wenigen zentralen Kraftwerken erzeugte Leistung dem sich ständig ändernden Bedarf der Verbraucher nachgeführt wurde. Eine stetig anwachsende Anzahl dezentraler Erzeuger in den Verteilnetzen führt jedoch dazu, dass die Betriebsführung zur Netzstabilisierung komplexer wird und die Mindestanforderungen (z.B. erweiterte Regelungsmöglichkeiten, Kommunikationstechnik) an dezentrale Erzeuger steigen, um einen sicheren Systembetrieb der Stromnetze gewährleisten zu können.

Erzeugung und Verbrauch müssen jederzeit in Balance sein.
Frequenz und Spannung sind in engen Grenzen konstant zu halten, um Schäden an Verbrauchern zu vermeiden. Für die Stabilität der Stromnetze sorgen sogenannte Systemdienstleistungen wie Regelenergie zur Frequenzhaltung, Blindleistung zur Spannungshaltung, Versorgungswiederaufbau, Netzbetriebsführung.

Stromnetze für Erneuerbare
Die Stromproduktion aus Wind und Sonne steigt signifikant und fluktuiert mit dem Wetter. Der Ausbau der Stromnetze in Deutschland und Europa trägt zum Ausgleich der Schwankungen bei und ermöglicht die Integration von dezentralen, volatilen Erzeugern. Dezentrale Erzeuger und Speicher mit Regelungsmöglichkeiten (autark oder auf Abruf) haben das Potenzial, die Kapazität des Stromnetzes optimal auszuschöpfen. Der Einsatz von nicht-fluktuierenden erneuerbaren Energieerzeugern muss konsequent dann erfolgen (können), wenn ihre Vorteile (Speicherbarkeit von Brennstoff und teilweise Kompensation volatiler Wind- und Solarkraft in der Strom- und Wärmeerzeugung) für das Energiesystem am größten sind.

KI für Stromnetze
Als Schnittstelle zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch besitzen Stromnetze ein zentrales Koordinierungspotenzial für das Stromversorgungssystem, das jedoch durch die organisatorische Trennung von Stromtransport und Stromerzeugung bzw. -handel (Unbundling) eingeschränkt wird. Die intelligente Vernetzung steuerbarer Erzeuger und Verbraucher sowie zunehmend auch Speicher durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien schafft die notwendige Flexibilität im System.

Potenziale von Stromnetzen

Der im Rahmen der Energiewende notwendige Aus- und Umbau der Stromübertragungs- und -verteilnetze in den nächsten Dekaden bietet die Möglichkeit, Stromnetze stärker in den Fokus der Forschung zu rücken und dabei ihre systemische Bedeutung stärker anzuerkennen.

Das BMWi skizziert auf der Grundlage von Studien in dem Impulspapier „Strom 2030“ langfristige Trends für den Stromsektor, aus denen sich sowohl energiepolitische Aufgaben als auch Forschungsaufgaben für die kommenden Jahre ableiten lassen.

Transformation der Stromnetze

Grafik zur Transformation der Stromnetze. links: unidirektionales hierarchisches Versorgungssystem rechts: zellulares System mit intelligenten Netzbetriebsmitteln auf allen Ebenen

Transformation der Stromnetze

links: unidirektionales hierarchisches Versorgungssystem
rechts: zellulares System mit intelligenten Netzbetriebsmitteln auf allen Ebenen (roter Punkt = Speicher)

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Stromnetze

  • Vermaschte Hochspannungs-Gleichstromsysteme
  • Interaktion der Übertragungs- und Verteilungsnetzebenen
  • fortgeschrittene Prognoseverfahren zur verbesserten Steuerung von Verteilnetzen
  • Informations- und Kommunikationssysteme inkl. Schnittstellendefinition für den Netzbetrieb (u.a. Online- und Prognoseverfahren für die Netzeinsatzplanung sowie bidirektionale Energiemanagement- und -handelssysteme für den Dialog zwischen Energieerzeugern, Verteilern und Verbrauchern)
  • Stromnetze als „Internet der Energie“ (Transport von Energie UND Informationen)
  • intelligente und flexible Netzbetriebsmittel
  • Steuer- und Regelstrategien für intelligente Komponenten, Konzepte und Wirkungen von smart grids
  • Regelung stromrichterdominierter Netze
  • Standardisierung der Schnittstellen und Charakterisierung der Technologien für die Planung und Wartung flexibel erweiterbarer Systeme
  • Energiemanagement und Managementzentralen für die Wartungsoptimierung vieler verteilter Einzelanlagen
  • neue Netzmanagementsysteme und Netzregelungsverfahren für die technische, ökonomische und ökologische Optimierung (für alle Techniken und Netzebenen einschließlich der Niederspannungsebene)
  • Netzwiederaufbau unter Berücksichtigung erneuerbarer Energie
  • Management von Teilnetzbildung im Störbetrieb
  • Betriebssicherheit von kritischen Infrastrukturen
  • Systemdienstleistungen von Erneuerbare-Energie-Anlagen und Lasten
  • Werkzeuge für die Netzplanung und den Netzbetrieb
  • Analyse des solaren Strahlungsfeldes für eine optimierte Netzplanung und Netzbetriebsführung
  • Simulation von Netzen, Erzeugern, Verbrauchern und Speichern
  • Speichertechnologien, die sich robust in die Netzinfrastruktur einbetten
  • Bewertungsverfahren für die Planung und den Einsatz verschiedener Speichertechnologien im gesamten Stromnetz
  • Bereitstellung hoher Leistungen, z.B. durch Schwungräder, Super-Caps und supraleitende Spulen
  • zukunftsfähige Anpassung der Netzbepreisung (Netznutzung durch Stromeinspeiser und -nutzer) unter Beachtung von Gerechtigkeits- und Verteilungsaspekten

Aktuelle Materialien

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Stromnetze“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus "Themenhefte"

Resiliente und kosteneffiziente Stromnetze für die europäische Energieversorgung

Stromnetze

Themen 2020: Forschung für den European Green Deal

Stromnetze
Kostenfrei bestellen

Mit dem Green Deal will Europa bis 2050 der erste klimaneutrale Kontinent werden. Der FVEE zeigte auf seiner Jahrestagung 2020…

Flexibilisierungspotenziale in der Industrie

Stromnetze

Themen 2019: Energy Research for Future – Forschung für die Herausforderungen der Energiewende

Stromnetze
Kostenfrei bestellen

Die schleppende Umsetzung der Energiewende verursacht eine deutliche Klimaschutzlücke, so dass der Handlungsdruck für die Entwicklung und den Aufbau eines…

Wärmepumpen in vernetzten Gebäuden

Stromnetze

Artikel aus "Programmbroschüren"

Energienetze: Stromnetze, Wärmenetze, Systemintegration und Sektorkopplung

Stromnetze

     

Forschungsziele 2019

Stromnetze
Kostenfrei bestellen

Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…

Artikel aus "Workshop-Ausgaben"

Workshop 2013: Sensorik für Erneuerbare und Ernergieeffizienz

Stromnetze

Der Band enthält die Beiträge zum Workshop vom AMA Fachverband für Sensorik e.V. und vom ForschungsVerbund Erneuerbare Energien im März…

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Expert*innen

DLR

Dr. Karsten von Maydell

DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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Fraunhofer IEE

Dr. Philipp Strauß

PV-Systemtechnik; Generatoren und Netzintegration; Netzplanung, Netzbetrieb, Netzregelung, Netzdynamik; Ladeinfrastruktur; Technologiebewertung, elektrotechnische Komponenten
Fraunhofer IEE
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Joseph-Beuys-Straße 8, 34117 Kassel
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Fraunhofer ISE

Dr.-Ing. Niklas Hartmann

Kraftwerkseinsatzplanung und Betriebsstrategien
Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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ISFH

Dr. Raphael Niepelt

ISFH
Institut für Solarenergieforschung GmbH
Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal
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IZES

Eva Hauser

IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme gGmbH
Altenkesseler Straße 17, Geb. A1, 66115 Saarbrücken
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IZES

Juri Horst

IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme gGmbH
Altenkesseler Straße 17, Geb. A1, 66115 Saarbrücken
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Jülich

Prof. Dr. Andrea Benigni

Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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KIT

Prof. Dr. Veit Hagenmeyer

KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr. Thomas Leibfried

KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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Wuppertal Institut

Frank Merten

Systemanalyse
Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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Wuppertal Institut

Dr. Larissa Doré

Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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ZAE Bayern

Christoph Stegner

ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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ZSW

Dr. Jann Binder

ZSW
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Meitnerstraße 1, 70563 Stuttgart
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