Netzüberlastung: Eine globale energiepolitische Herausforderung

Stellen Sie sich das Stromnetz wie ein weitläufiges Autobahnnetz vor, das für einen gleichmäßigen Verkehrsfluss ausgelegt ist. Außerhalb der Stoßzeiten gleiten die Fahrzeuge reibungslos dahin. Aber zur Rushhour strömen zu viele Autos auf die Fahrspuren. Der Verkehr verlangsamt sich. Es kommt zu Staus. Und plötzlich spürt das gesamte Netz die Belastung. 

Genau das passiert bei einer Netzüberlastung. Nur dass es sich statt um Autos um Strom handelt. Anstelle von Verzögerungen kommt es zu Energieineffizienz, Einschränkungen bei erneuerbaren Energien und sogar zu Stromausfällen. Technisch gesehen tritt eine Überlastung auf, wenn Komponenten des Netzes – wie Übertragungsleitungen oder Transformatoren – über ihre Auslegungsgrenzen hinaus belastet werden und nicht in der Lage sind, die steigende Nachfrage oder umgeleitete Ströme aus erneuerbaren Energiequellen zu bewältigen. Selbst die Forschungsstelle der Europäischen Kommission prognostiziert, dass ohne einen schnellen Ausbau des Netzes die Umleitung erneuerbarer Energien bis 2040 um das Sechsfache zunehmen könnte, was zu einer Energieverschwendung von bis zu 310 TWh pro Jahr führen würde – das entspricht der Hälfte der Wind- und Solarenergieproduktion der EU im Jahr 2022. (Quelle)

Ein System unter Druck: Elektrifizierung und steigende Belastung

Da die Netzüberlastung immer komplexer und schwerwiegender wird, wird immer deutlicher, dass zentralisierte Stromversorgungssysteme allein die dynamischen Anforderungen
der heutigen Energielandschaft nicht mehr erfüllen können. Die rasche Elektrifizierung des Verkehrs und des Heizens, die zunehmende Integration erneuerbarer Energien und der steigende digitale Energiebedarf – beispielsweise durch Rechenzentren – üben einen enormen Druck auf die nationalen Stromnetze aus. Ein wesentlicher Treiber für diese wachsende Herausforderung ist die Elektrifizierung von Sektoren, die traditionell mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, nämlich Heizungen und Verkehr. Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und elektrifizierte industrielle Prozesse stellen neue und erhebliche Anforderungen an das Stromnetz – oft an Orten und zu Zeiten, an denen das Netz am wenigsten darauf vorbereitet ist.

Darüber hinaus sorgt die zunehmende Nutzung intermittierender erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne für zusätzliche Komplexität. Wenn diese Quellen Strom erzeugen, tun sie dies in Abhängigkeit vom Wetter und nicht vom Bedarf. Das bedeutet, dass überschüssige Energie das Netz überfluten kann, insbesondere wenn die Erzeugung hoch, der Verbrauch jedoch gering ist – eine weitere Ursache für Überlastungen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Zahl der Rechenzentren explosionsartig zunimmt. Diese machen mittlerweile etwa 1,5 % des weltweiten Stromverbrauchs aus – ein Anteil, der sich bis 2030 voraussichtlich mehr als verdoppeln und fast 945 TWh erreichen wird –, doch viele befinden sich in Regionen ohne robuste Netzinfrastruktur, was das Risiko lokaler Überlastungen mit sich bringt. (Quelle) Schließlich dürfen auch strukturelle Ursachen nicht außer Acht gelassen werden: Eine alternde Infrastruktur, eine steigende Nachfrage nach Energieversorgung, fehlende langfristige Investitionen in die Modernisierung der Übertragungsnetze und regulatorische Engpässe verschärfen das Problem zusätzlich.

Ein dezentraler Weg in die Zukunft: lokale Energieerzeugung als strategische Lösung

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist eine Verlagerung hin zu Dezentralisierung und lokaler Energieerzeugung unerlässlich. Die Zukunft der Energieversorgung muss flexibler, widerstandsfähiger und lokaler sein. Eine Schlüsselrolle in diesem dezentralen Ansatz spielt die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). KWK-Anlagen – auch als Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen bekannt – erzeugen sowohl Strom als auch nutzbare Wärme aus einer einzigen Brennstoffquelle. Diese gleichzeitige Erzeugung erhöht die Gesamtenergieeffizienz erheblich und erreicht oft Wirkungsgrade von 80 % oder mehr, verglichen mit der viel geringeren kombinierten Effizienz herkömmlicher getrennter Wärme- und Stromsysteme. Durch die Nutzung der Abwärme, die bei der traditionellen Stromerzeugung verloren gehen würde, maximiert die KWK die Brennstoffnutzung und senkt die Gesamtenergiekosten. Neben KWK gewinnen auch dezentrale Gas-to-Power-Lösungen (GtP) auf Basis von Motor-Kraftwerken zunehmend an Bedeutung.

Diese Systeme wandeln Erdgas oder erneuerbare Gase mithilfe hocheffizienter Gasmotoren direkt in Strom um. Wie KWK-Anlagen können auch GtP-Anlagen in der Nähe des Verbrauchsortes eingesetzt werden und bieten Flexibilität, schnelle Reaktionsfähigkeit und zuverlässige Stromerzeugung – selbst in Regionen mit instabilen Netzen oder begrenzter Infrastruktur. Durch die Verlagerung der Stromerzeugung näher an den Verbrauchsort entlasten KWK-und GtP-Anlagen die Fernleitungen und bieten einen wirksamen Puffer gegen Netzüberlastungen. Durch ihre Dezentralität unterstützen sie die Energieautonomie auf lokaler Ebene und geben Gemeinden und Einrichtungen eine bessere Kontrolle über ihre Energieversorgung. Sowohl KWK- als auch GtP-Systeme können auch im Inselbetrieb arbeiten und die Stromversorgung auch dann aufrechterhalten, wenn sie vom Hauptnetz getrennt sind.

Diese Funktion ermöglicht eine lokale Notstromversorgung bei Ausfällen oder Notfällen und erhöht damit die Energiesicherheit und -versorgungssicherheit. Dies ist besonders wichtig für Sektoren wie das Gesundheitswesen, die Abfallwirtschaft und die Abwasserbehandlung. Im Gegensatz zu intermittierenden erneuerbaren Energien bieten KWK- und GtP-Lösungen eine bedarfsgerechte Erzeugung und sind nicht wetterabhängig. Sie sind schnell, effizient und äußerst zuverlässig – Eigenschaften, die sie besonders gut geeignet machen, um die Herausforderungen der Netzüberlastung zu bewältigen und gleichzeitig die lokale Energieunabhängigkeit zu stärken.

BHKW-Anlagen im Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen

KWK-Anlagen bieten technische und betriebliche Vorteile in Ländern, die schwierigen Wetterbedingungen wie Hurrikanen, starken Winden, Küstenkorrosion und extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Diese Umweltfaktoren belasten die konventionelle Energieinfrastruktur oft erheblich, was die Relevanz dezentraler und resilienter Energielösungen erhöht. Ein wesentliches Funktionsmerkmal vieler KWK-Anlagen ist ihre Fähigkeit, im Inselbetrieb zu arbeiten. Dadurch können sie auch bei Stromausfällen aufgrund von Stürmen oder anderen Störungen unabhängig vom zentralen Stromnetz weiterhin Strom und Wärme liefern. In Regionen, die von häufigen Netzinstabilitäten betroffen sind, spielt diese Fähigkeit eine entscheidende Rolle für die Aufrechterhaltung wichtiger Dienste wie Krankenhäuser, Notfallmaßnahmen, Wasseraufbereitungsanlagen und Kommunikationsinfrastruktur. 

KWK-Anlagen werden in der Regel vor Ort oder in der Nähe des Verbrauchsortes installiert, wodurch die Abhängigkeit von Fernübertragungsleitungen verringert wird. Dies ist besonders vorteilhaft in Küstengebieten, wo salzhaltige Luft und starke Winde den Verschleiß beschleunigen und zu Ausfällen der Netzinfrastruktur führen können. Durch die Dezentralisierung der Energieerzeugung tragen KWK-Anlagen zur Verbesserung der Systemzuverlässigkeit und der Energiesicherheit bei. Diese Systeme sind außerdem so konzipiert, dass sie auch unter extremen Temperaturen zuverlässig funktionieren. Ihre kompakte und geschlossene Bauweise in Verbindung mit flexiblen Brennstoffmöglichkeiten ermöglicht eine stabile Leistung auch unter heißen und feuchten Bedingungen. 

Zusätzlich zur Stromerzeugung gewinnen die Systeme Abwärme zurück und nutzen sie für thermische Anwendungen, was zu einer verbesserten Gesamteffizienz beiträgt und zur Senkung der Energiekosten beitragen kann – insbesondere in Klimazonen mit hoher saisonaler Nachfrage. Hersteller wie 2G Energy entwickeln KWK-Anlagen mit einem hohen Maß an Brennstoffflexibilität. Diese Systeme können mit einer Vielzahl von gasförmigen Brennstoffen betrieben werden, darunter Erdgas, Biogas, Flüssiggas, Propan und Wasserstoffgemische. Diese Anpassungsfähigkeit ermöglicht die Nutzung lokal verfügbarer oder erneuerbarer Ressourcen, verringert die Abhängigkeit von konventionellen Energiequellen und unterstützt den allgemeinen Übergang zu emissionsärmeren Energiesystemen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die KWK-Technologie eine robuste und effiziente Option zur Stärkung der Energiesysteme in Regionen mit rauen Umweltbedingungen darstellt. Ihr dezentrales Design, ihre Betriebsstabilität und ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Brennstoffarten machen sie zu einem wichtigen Bestandteil langfristiger Strategien zur Verbesserung der Energiesicherheit und der Widerstandsfähigkeit der Infrastruktur.

Die Richtung weisen

2G, ein führender Hersteller eigener fortschrittlicher Energiesysteme im Bereich KWK und GtP, verfügt über umfassende internationale Expertise in der Entwicklung und Implementierung von Mikronetzen und Inselbetrieben und hat diese Technologien bereits erfolgreich in einer Vielzahl von Projekten weltweit eingesetzt. Dazu gehören Anwendungen in Regionen mit instabilen Netzbedingungen, abgelegenen Standorten und kritischen Infrastrukturen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erfordern. Durch dieses globale Engagement hat 2G praktische Einblicke in die technischen und betrieblichen Herausforderungen gewonnen, die mit dezentralen Energiesystemen verbunden sind, und kann so seine Lösungen verfeinern und an eine Vielzahl lokaler Gegebenheiten anpassen.

Frank Grewe, CTO bei 2G, unterstreicht das langjährige Engagement des Unternehmens für technische Exzellenz und wirtschaftliche Effizienz: „Von Anfang an haben wir 2G auf einer Grundlage hoher technologischer und qualitativer Standards aufgebaut. Die hohe Kosteneffizienz unserer Produkte ist vor allem auf konstant niedrige Betriebskosten zurückzuführen.“ Er betont außerdem die entscheidende Bedeutung der Zuverlässigkeit in modernen Energiesystemen: „Bei der Laststeuerung sprechen wir von einer kurzen Laufzeit, aber sie muss dann mit absoluter Zuverlässigkeit bereitgestellt werden, sobald ein Netzengpass droht.“

Dieser Fokus auf Reaktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit unterstützt den Ansatz von 2G zur Förderung der Netzstabilität und -flexibilität. Die Systeme von 2G wurden in Umgebungen eingesetzt, in denen die Aufrechterhaltung der Stromautonomie von entscheidender Bedeutung ist, wie beispielsweise in Krankenhäusern, Industrieanlagen und Kläranlagen. Diese Erfahrungen haben es dem Unternehmen ermöglicht, robuste Steuerungssysteme und Betriebsprotokolle zu entwickeln, die einen nahtlosen Übergang zwischen netzgebundenem und Inselbetrieb gewährleisten. Neben seiner praktischen Projekterfahrung legt 2G großen Wert auf Forschung und Entwicklung als Grundlage für die Verbesserung der Systemleistung und langfristigen Zuverlässigkeit. Dazu gehören Arbeiten zur Optimierung von Steuerungsalgorithmen, zur Verbesserung der Brennstoffflexibilität und zur Integration von KWK-Systemen mit anderen dezentralen Energiequellen wie Photovoltaik, Wärmepumpen und Wasserstofftechnologien. Durch die Konzentration auf angewandte und zukunftsorientierte Innovationen trägt 2G dazu bei, die Rolle der KWK in modernen, dezentralen Energiesystemen voranzutreiben.

Politische Wege zur Ausweitung der Auswirkungen von KWK

Um das Potenzial der KWK-Technologie für dezentrale und Notstromanwendungen voll auszuschöpfen, ist ein unterstützendes regulatorisches und politisches Umfeld von entscheidender Bedeutung. Die Politik spielt eine Schlüsselrolle bei der Förderung einer breiteren Einführung, indem sie günstige Bedingungen schafft und Hindernisse abbaut. Dies beginnt mit der formellen Anerkennung der KWK als wichtige Maßnahme zur Stärkung der Resilienz innerhalb der nationalen Energiestrategien. Die Straffung der Genehmigungsverfahren und die Vereinfachung der Genehmigungsprozesse für dezentrale Energiesysteme würden ebenfalls dazu beitragen, den Einsatz zu beschleunigen. Darüber hinaus können gezielte Anreize Investitionen in Projekte fördern, die hocheffiziente KWK mit Netzentlastung, der Integration erneuerbarer Energien oder der Unterstützung kritischer Infrastrukturen verbinden. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Erleichterung des Marktzugangs für den Überschussstrom und die überschüssige Wärme, die von KWK-Anlagen erzeugt werden – insbesondere in Verbindung mit Fernwärmenetzen. Indem sie diesen Anlagen einen flexiblen und wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen, können politische Entscheidungsträger dazu beitragen, dass sie zu einer zentralen Säule einer resilienteren, effizienteren und nachhaltigeren Energiezukunft werden.

Eine intelligentere, widerstandsfähigere Energiezukunft

Netzüberlastung ist kein vorübergehendes Ärgernis – sie ist eine strukturelle Schwäche der heutigen Energiewende. Wenn sie nicht angegangen wird, besteht die Gefahr, dass die Träume von sauberer Energie zu einer unzuverlässigen und teuren Realität werden. Aber mit dezentralen Lösungen wie KWK- und GtP-Lösungen, unterstützt von erfahrenen Akteuren wie 2G, stehen die Werkzeuge zur Verfügung, um diese Herausforderung direkt anzugehen. Das Netz der Zukunft muss intelligenter, lokaler und widerstandsfähiger sein, und diese Zukunft beginnt mit vorausschauender Politik, Investitionen und Technologie.