Wind und Sonne sind umweltfreundliche Stromlieferanten. Da sie jedoch für eine schwankende Energiezufuhr sorgen, können solche erneuerbaren Energien die Stromnetze stärker als bislang angenommen belasten. Das geht aus einer Studie hervor, die an der Jacobs University Bremen entstanden und jetzt im renommierten Nature-Journal „Scientific Reports“ veröffentlicht worden ist. Wie intensiv diese Belastung ist, hängt jedoch stark vom Aufbau der Netze ab. Überraschenderweise zeigt sich ausgerechnet ein bestimmter Typus von Stromnetzen als besonders stabil, von dem die Forscher dies bislang am wenigsten erwarteten.

Frequenzschwankungen im Stromnetz sind an der Tagesordnung. Je mehr erneuerbare Energien eingespeist werden, desto grösser ist die Belastung für das Netz. Es muss nicht nur mit grösseren Schwankungen fertig werden, sondern auch mit einer zunehmend kleinteiligen, heterogenen und dezentralen Stromerzeugung. In einem Forschungsprojekt an der Jacobs University Bremen unter der Leitung von Dr. Stefan Kettemann, Professor für Theoretische Physik, sind diese Fluktuationen nun untersucht worden.

Bestimmte Netze sind stabiler als andere
Die Ergebnisse zeigen auf, dass die Ausbreitung von Störungen direkt abhängig ist von der Netzstruktur. Kettemann und sein Team haben untersucht, mit welcher Geschwindigkeit und auf welche Weise sich Störungen im Netz ausbreiten. Eines der Ergebnisse der Grundlagenforschung: Selbst kleinste Schwankungen, verursacht etwa durch einen kurzzeitigen Anstieg der Stromeinspeisungen in Bremen, sind über grosse Distanzen messbar, etwa selbst im fast 600 Kilometer Luftlinie entfernten München. Vor allem aber: Bestimmte Netze sind robuster als andere. „Besonders überrascht hat uns, dass baumartig aufgebaute Verteilernetze, die vom Generator bis zum Verbraucher führen, stabiler gegenüber solchen Störungen sind als engmaschige Verbundnetze, in denen die Stromleitungen in vielen Schleifen kreisförmig zusammengeschlossen sind“, sagt Kettemann. „Das Gegenteil wäre deutlich erwartbarer gewesen. Denn eine Baumstruktur hat schliesslich viel eindeutigere und hierarchischere Verbindungslinien als ein kreisförmiges Netz mit seiner Vielzahl an Maschen und Schleifen.“

Unterschiedlichen Schwingungen
Die Ursache für das aussergewöhnliche Phänomen fanden die Forscher in den unterschiedlichen Schwingungen, den Wellenmoden, beider Netze. Ähnlich wie bei Orgelpfeifen, deren tiefster Resonanzton mit der Länge tiefer wird, zeigt sich, dass die Resonanzfrequenzen engmaschiger Verbundnetze mit der Grösse des Netzes kleiner werden. Für baumartig aufgebaute Netze gilt dies nicht. Deren Resonanzfrequenz bleibt mit zunehmender Grösse gleich hoch, wodurch sie weniger anfällig für Störungen sind.

Ergebnisse des Projekts in der Zeitschrift „Scientific Reports“ >>

Text: ee-news.ch, Fachliche Unterstützung: Diego Fischer, Quelle: Jacobs University Bremen