Notversorgungsfähige Energiezellen

Das auf dieser Seite beschriebene Energiezellensystem-Konzept ist eine langfristige Vision. Dafür ist noch sehr viel Umdenken und auch Umbauarbeit notwendig. Daher werden viele Zwischenschritte notwendig sein, auch wenn das amerikanische Projekt Smart Power Infrastructure Demonstration for Energy Reliability and Security (SPIDERS) bereits gezeigt hat, dass eine Umsetzung möglich ist und in den USA auch rasch voranschreitet. Wobei die Umsetzung bisher großteils auf Militärbasen passiert.

Man muss realistischer Weise auch entgegenhalten, dass es wesentlich einfacher ist, ein neues System dort zu implementieren, wo es bisher überhaupt nichts oder nur schlechte Lösungen gab, oder wie in den USA, wo speziell Wert auf die Robustheit gelegt wird. Daher ist es umso schwieriger, diese Gedankenansätze in Mitteleuropa mit der weltweit besten Versorgungssicherheit zu verbreiten bzw. umzusetzen. Wir sind realistisch genug, um uns einzugestehen, dass ein großes Umdenken erst nach einem großen Zwischenfall passieren wird, da dann die bisherige Versorgungssicherheit nicht mehr ins Treffen geführt werden kann (siehe auch die Truthahn-Illusion).

Nichtsdestotrotz gibt es schon heute Möglichkeiten und Lösungen, um dezentrale Energiezellen zu etablieren. Die kleinste Zelle beginnt auf „Haushalts-/Unternehmensebene“. Sie ist trotz der bestehenden regulatorischen Netznutzungseinschränkungen bereits heute umsetzbar und nutzbar, auch wenn wir die Auffassung vertreten, dass es kostengünstiger ist und mehr Robustheit erreicht werden kann, wenn ein Zusammenschluss von unterschiedlichen Erzeugungs- und Verbrauchseinheiten erfolgt. Diversität ist ein wichtes Robustheitsmerkmal in der Natur.

Ausgangsüberlegungen

In Österreich ist der Übertragungs­netzbetreiber Austrian Power Grid (APG) für den Netzwiederaufbau bzw. Schwarzstart nach einer Großstörung („Blackout“) verantwortlich. Für die Vorbereitungen gibt es entsprechende Absprachen und Simulationstrainings mit den großen Verteilnetzbetreibern.

Die Schwarzstartfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Kraftwerks nach einem Netzzusammenbruch (Wegfall der Netzfrequenz) eigenständig am Netzwiederaufbau mitwirken zu können. Hierfür muss das Kraftwerk zusätzlich zum Netzparallelbetrieb auch für den Inselbetrieb ausgelegt und im Inselbetrieb regelbar sein. Diese Fähigkeit besitzen nur wenige Kraftwerke in Österreich. Zudem ist neben der technischen Ausrüstung auch ein gut ausgebildetes und trainiertes Fachpersonal erforderlich. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass es beim Schwarzstart auch zu erheblichen Anlagen- bzw. Verbrauchergeräteschäden kommen kann (Haftungsfragen!). Vor allem ist auch die Resynchronisierung mit dem übergeordneten Netz nicht ganz trivial, wodurch es bei möglichen Fehl­schaltungen wiederum zu einem Totalausfall des Gesamtsystems kommen kann.

Diese Top-Down Ansätze sind auf die bisherige zentralisierte Struktur des Strom­versorgungs­systems ausgerichtet, welche jedoch durch den raschen Ausbau von dezentralen, kaum steuerbaren und volatil verfügbaren Erzeugungsanlagen einer fundamentalen Veränderung unterliegt. Zudem wird in diesen Konzepten davon ausgegangen, dass das Übertragungs­netz/die Netzsteuerung weiterhin verfügbar/integer ist, was gerade im Zeitalter von zunehmenden Cyber-Angriffen auf die Energiewirtschaft bzw. durch andere Störungen (Leittechnikstörung, Erdbeben, Sonnenstürme, etc.) nicht in jedem Fall garantiert werden kann. Darüber hinaus berücksichtigen Top-Down-Ansätze nicht, dass es durch mögliche Extremwetterereignisse, welche in den kommenden Jahren und Jahrzehnten gemäß dem österreichischen Sachstandsbericht – Klimawandel 2014 deutlich zunehmen sollen, es auch zu schwerwiegenden regionalen Strom- und Infrastrukturausfällen kommen kann (vgl. etwa den großräumigen Ausfall im Münsterland 2005, Deutschland, oder Slowenien Anfang 2014. Daher sind auch komplementäre Überlegungen notwendig, auch, weil ein zentralisierter Netzwiederaufbau Stunden und länger dauern wird und es daher gilt, diese Zeit bestmöglich zu überbrücken.

Derzeit erfolgt die Versorgung von Kritischen Infrastrukturen nach einem (großen) Stromausfall mit wenigen Ausnahmen diskriminierungsfrei. Auch wenn Infrastrukturen über redundante Anbindungen verfügen, ist das im Fall eines Blackouts irrelevant. Welche Kritischen Infrastrukturen im Störungsfall prioritär (wieder) versorgt werden sollten, hängt vor allem von einer lokalen Risikobeurteilung und Prioritätensetzung ab, die derzeit nur selten vorliegen. Ganz zentrale Kritische Infrastrukturen sind die Wasserver- und Abwasser­ent­sor­gung sowie die Gesundheitseinrichtungen (Krankenhäuser, Pflegeein­richtungen, Apotheken, Dialyse etc.). Nicht vergessen werden sollten dabei aber auch andere Bereiche, wie etwa große Landwirtschaftsbetriebe, wo es zu schwerwiegenden Ausfällen (Massentierhaltung) kommen kann.

Seit kurzem werden leistbare Stromspeicherlösungen mit Notstromversorgung, Netzparallel- und Inselbetriebsfähigkeit am Markt angeboten (siehe etwa von der österreichischen Firma Fronius). Mit derartigen Lösungen könnten rasch geeignete Selbsthilfe-Basen ausgestattet bzw. auch auf Haushalts- bzw. Unternehmensebene kleine Energiezellen und wichtige Rückfallebenen geschaffen werden.

USV-Anlagen

In vielen Organisationen gibt es bereits USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), um kurzfristige Stromausfälle zu überbrücken. Leider gibt es hier aber auch immer wieder Vorfälle, die zeigen, dass hier durchaus auch gewisse Scheinsicherheiten bestehen. Einerseits, weil auch diese Einrichtungen eine regelmäßige Wartung benötigen, auf die gerne mal verzichtet wird bzw. andererseits auch durchdachte Konzepte fehlen, die ein sicheres Herunterfahren und noch wichtiger, ein geordnetes Wiederhochfahren sicherstellen. Es reicht eben nicht nur die Installation einer technischen Lösung. Unser österreichischer Netzwerkpartner iQSol bietet hier spezielle Lösungen an, die die gesamte Prozesskette berücksichtigen, was gerade im IT-Umfeld enorm wichtig ist. Ein erneuter Ausfall während des Wiederhochfahrens kann zu schweren Schäden und Totalausfällen führen, wenn die Datenintegrität nicht mehr sichergestellt ist.

Notstromversorgung mit einer (notversorgungsfähigen) Energiezelle

 

Heute wird zwar jede zweite PV-Anlage mit zusätzlichem Batteriespeicher gebaut, jedoch sind in der Regel weder die PV-Anlage noch die Speicher notbetriebsfähig. Das bedeutet, dass diese nur funktionieren, wenn auch das Netz funktioniert. Viele PV-/Speicher Besitzer wissen das gar nicht und glauben, dass sie auch bei Netzausfall ihren eigenen Strom erzeugen. Das wird im Fall eines Blackouts zu einer bösen Überraschung führen.

Eigentlich benötigt es nur ein wenig Mehraufwand, um eine inselbetriebsfähige und damit notversorgungsfähige PV-Anlage mit Speicher zu erhalten:

  • Eine automatische oder manuelle Netztrennung, damit die Anlagensicherheit gewährleistet ist.
  • Ein hybrider Wechselrichter, der auch ein Inselnetz aufbauen kann.
  • Ev. ein zusätzliches Energiemanagementsystem, dass den Eigenverbrauch bzw. die Notversorgung optimiert.

Im Neubau ist das nur unwesentlich teurer, als eine normale Anlage. Im Krisenfall ist diese Investition aber unbezahlbar, da mit Licht, Heizung und Kühlung für eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden  kann.

Das adaptierte Schaltbild der Firma Fronius zeigt eine zusätzliche Erweiterungsmöglichkeit mit einem Notstromeinspeisepunkt, sodass der Speicher auch temporär mit einem Notstromaggregat geladen werden könnte, sollte die Sonne über einen längeren Zeitraum nicht scheinen. Dies hat den Vorteil, dass man ein Notstromaggregat und den dafür erforderlichen Treibstoff gemeinsam mit anderen Energiezellenbesitzern als zusätzliche Rückfallebene anschaffen könnte. Je nach Speicherkapazität und Leistungsfähigkeit des Notstromaggregates kann der Speicher binnen weniger Stunden wieder aufgeladen werden. Darüber hinaus könnte dieses Notstromaggregat in der Zwischenzeit auch für anderwärtige Aufgaben verwendet werden. Besonders im ländlichen Raum bieten sich hierfür Zapfwellenaggregate an, die mit einem Traktor betrieben werden können. Das zeigt aber wieder, dass das Thema Stromversorgung keine Einzelakteurs- sondern eine Gemeinschaftsaufgabe ist!

Foto: Walter Schiefer

 

Reale Umsetzung in Weiz

Siehe Notversorgungsfähige Energiezelle Weiz.

Foto: Walter Schiefer

Bürgerbeteiligungsmodell

Bürgerbeteiligungsmodelle bei der Installation von dezentralen Erzeugungsanlagen genießen eine sehr hohe Beliebtheit. Daher könnte diese Bereitschaft auch dafür genutzt werden, um in einer Gemeinde Kat-Leuchttürme auszurüsten. Die Bürger beteiligen sich quasi an ihrer eigenen Krisenvorsorge. Leider wird hier noch zu oft davon ausgegangen, dass sich für die BürgerInnen wie in der Wirtschaft alles rasch amortisieren muss, was aber nicht immer stimmt, wie jüngst der Themenworkshop „Systemlösungen für die gemeinsame Nutzung von PV-Strom“ gezeigt hat:

Interessenvertreter von Mietern und Verbrauchern erwarten Teilhabe-möglichkeiten auch für Verbraucher in Mehrfamilienhäusern. Sie schätzen die Teilnahme-Bereitschaft und Offenheit für solche Modelle insbesondere dann hoch ein, wenn sie die Chance erkennen können, damit einen konstruktiven Beitrag zum Klimaschutz und zur Energiewende leisten zu können (positive Darstellung und allgemeine Akzeptanz des Modells) und wenn aktive Mitwirkung möglich ist – also auch Einbindung in die Ausgestaltung der Lösung und ggf. finanzielle Beteiligungsmöglichkeiten (Pacht, Genossenschaftsmodelle). (Kurze Wege für den Strom)

Daher sind nicht nur technische sondern auch soziale Innovationen erforderlich, die etwa durch die jüngste Novellierung des Ökostromgesetzes mit der Ermöglichung von „Gemeinschaftlichen Erzeugungsanlagen“ hoffentlich begünstigt und angestoßen werden. Die Energiewende ist nicht nur eine Technik-, sondern vor allem eine Kulturwende.

Eine Möglichkeit für die Umsetzung von Bürgerbeteiligungsprojekten ist die Abwicklung und Finanzierung über Crowd-Funding-Plattformen. Siehe beispielsweise die gerade im Aufbau befindliche Crowd4Energy Plattform, eine Plattform zur Beteiligung an nachhaltigen Energieprojekten in Österreich.

Notversorgungsfähige Energiezelle in Unternehmen

Dieses Konzept kann auch in manchen Unternehmen umgesetzt werden, um sich einen Puffer zu schaffen, um etwa wichtige Betriebsanlagen auch bei einem Blackout in einen sicheren Zustand herunterfahren zu können. Sicher wird das nicht bei jeder Unternehmensgröße möglich sein, aber eine Überlegung ist es auf jeden Fall Wert. Dieser Lösungsansatz schafft nicht nur eine notversorgungsfähige Energiezelle, sondern kann auch dazu beitragen, sogenannte „Netzwischer“, also Ausfälle im Mikrosekundenbereich, zu entschärfen, die in der Produktion zum Teil erhebliche Schäden verursachen.

 

Kritische Infrastrukturen

Pumpstation des Wasserverbandes Grenzland Südost

 

 

Die Versorgung Kritischer Infrastrukturen im Falle eines Blackouts passiert derzeit fast ausschließlich auf Dieselgeneratoren. Dabei stellt die gelagerte Treibstoffmenge das wesentliche Limit für die Notversorgungszeit dar. Darüber hinaus ist mit erheblichen Problemen bei der Folgeversorgung auch nach dem Stromausfall zu rechnen. Die ausschließliche Vorhaltung dieser Anlagen für den Notfall ist teuer und birgt gewisse Verfügbarkeitsrisiken (Treibstoffqualität, Lagerschäden etc.). Auch hier könnte eine notversorgungsfähige Energiezelle einen wichtigen Puffer schaffen, wie etwa der Wasserverband Grenzland Südost zeigt.

Fazit

Es konnten hier natürlich nur ein paar Grundüberlegungen angestoßen werden, die dann anhand der realen Situation vor Ort angepasst werden müssen. Der besondere Vorteil gegenüber einer reinen Notstromaggregatslösung ist, dass hier die Anlage auch im täglichen Betrieb zu Eigenstromverbrauchsoptimierung genutzt werden kann und daher nicht als „totes Kapital“ bis zum Anlassfall herumsteht bzw. zusätzliche Probleme (Treibstofflagerung, etc.) schafft, was auf jeden Fall für den Privatbereich gilt. Wobei man ehrlicherweise auch dazusagen muss, dass diese Lösung in der Anschaffung doch noch deutlich teurer ist, als ein einfaches Notstromaggregat. Aber hier muss jeder Betreiber selbst die erforderlichen Abwägungen, Prioritäten und Entscheidungen treffen.

Lösungsanbieter für Komplettsysteme

Hier sammeln wir Anbieter von Komplettsystemen, die bei Bedarf kontaktiert werden können. Wie die Erfahrungen zeigen, gibt es gerade bei Komplettsystemanbietern wesentlich weniger Probleme, als wenn man irgendwelche Komponenten einfach zusammenschaltet. 

FirmaAnsprechpartnerOrtWebseiteAnmerkung
Absolut Autark Plus HausMartin WiegerA-7000 Eisenstadt/-3107 St. Pölten
aaph.at
Bridge Executive ConsultingStefan PerlotA-5300 Hallwangwww.bridge-executive.comKomplette notversorgungsfähige Energiezelle in unterschiedlichen Skalierungen; Qinous; weltweit im Einsatz
D.E.U.S. - ConsultingWalter Schiefer8200 Gleisdorfhttps://deus-schiefer.comSiehe Notversorgungsfähige Energiezelle Stubenberg
FRONIUS4600 Thalheimwww.fronius.com
HOMESTROM GmbH4240 Freistadt
homestrom.at
KACO new energy GmbHD-74172 Neckarsulmkaco-newenergy.comKomplette notversorgungsfähige Energiezelle für Betreiber von privaten und kleinen gewerblichen Photovoltaik-Anlagen
KREISEL Electric4261 Rainbach im Mühlviertelwww.kreiselelectric.com
Powerball Systems AGCH-4500 Solothurnpowerball-systems.chEinfamilienhaus Neubau ohne Netzanschluss, aber mit Stromspeicher und Erneuerbaren Energien im Off-Grid Inselbetrieb. 100 % Autarkie mitten in der Schweiz.
Schmachtl GmbHHerbert RuppitschA-1230 Wienwww.schmachtl.atKomplette notversorgungsfähige Energiezelle auf USV-Basis in unterschiedlichen Skalierungen
WICON Engineering Ges.m.b.H.Peter Ramharter2700 Wr. Neustadtwww.wicon.cc

Ergänzende Anmerkung zu „Autarkie/Autarkiegrad“

Nachdem mit den aufkommenden Speichern auch immer häufiger von Autarkiegraden/Individuelle Autarkie/Hoher Autarkiegrad oder ähnlichem die Rede ist, möchten wir hierzu ein paar klare Worte finden, um dieser Selbsttäuschung und den möglichen Marketingtricks entgegenzuwirken. Dazu einmal zwei verkürzte Definitionen gem. Wikipedia:

Autarkie im allgemeinen Sinne bedeutet, dass Organisationseinheiten oder Ökosysteme alles, was sie ver- oder gebrauchen, aus eigenen Ressourcen selbst erzeugen oder herstellen. Autarke Systeme sind u. a. wirtschaftliche Einheiten (Volkswirtschaften, Wirtschaftsregionen, Haushalte), die sich ausschließlich mit eigenen wirtschaftlichen Gütern (Lebensmittel, Rohstoffe, Waren, Dienstleistungen, Produktionsfaktoren), Energie (Inselsystem) versorgen und von Importen unabhängig sind.
Als Autonomie bezeichnet man den Zustand der Selbstbestimmung, Unabhängigkeit (Souveränität), Selbstverwaltung oder Entscheidungsfreiheit.

Daraus lässt sich sehr rasch erkennen, dass hier wohl der falsche Begriff verwendet wird. Das was häufig erreicht werden soll ist wohl vielmehr Autonomie!

Eine Energieautarkie ist nur dann gegeben, wenn ein reines Inselnetz/-versorgung betrieben wird, etwa auf einer Almhütte. Auch eine Energieautarkie übers Jahr gerechnet gibt es nicht, da ja weiterhin auf externe Ressourcen zurückgegriffen werden muss. Ganz abgesehen davon, dass im Stromversorgungssystem zu jedem Augenblick das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch hergestellt sein muss, damit das System überhaupt funktioniert. So produziert zwar das Burgenland mehr Strom, als die BürgerInnen in einem Jahr verbrauchen. Das Burgenland wäre jedoch das ganze Jahr finster, gebe es nicht dahinter das österreichische/europäische Verbundsystem, dass auch für die notwendige Stabilität sorgt.

Zum anderen möchten wir auch darauf hinweisen, dass wenn jemand auch zu 60 oder sogar 99 Prozent eigenversorgungsfähig ist, er wahrscheinlich dennoch erwartet, dass er den restlichen Teil – bei 99 Prozent immerhin noch fast 90 Stunden des Jahres – eine funktionierende stabile Stromversorgung zur Verfügung hat. Es ist zwar verständlich, dass jene dafür nur wenig bezahlen wollen, da sie ja den Rest selbst stemmen, aber das kann nicht funktionieren, wenn man nur die  tatsächlichen Energiekosten dafür berechnet (siehe auch Überlegungen zum Netznutzungsentgelt). Denn das teure Restsystem muss ja nicht nur in den 90 Stunden, sondern während der gesamten 8760 Stunden zur Verfügung stehen, um jederzeit einspringen zu können. Das wird leider häufig vergessen.

Die Energie-/Stromversorgung wird daher auch in Zukunft nur als Gemeinschaftsaufgabe sinnvoll zu bewerkstelligen sein, aber kleinteiliger und dezentraler in Form von Energiezellen.