Die dänische Lösung

Alles im Blick: Kontrollzentrum von Energinet.dk in Fredericin.

41 Prozent Strom aus Windkraft fließen in stürmischen Monaten im dänischen Netz. In manchen Stunden gibt es mehr Windstrom als Strombedarf. Damit es noch mehr werden kann, sollen die Verbraucher das Netz mitsteuern.

Text und Fotos: Marcus Franken

 

Über dem Roskilde Fjord wird es langsam dunkel, als Erik Bindner die Tür zu einem achteckigen Gebäude aufschließt. Das Haus am Rande des ehemaligen Zentrums der Atomforschung sieht aus wie eine zu groß geratene mongolische Jurte. Eine Brise bewegt die Rotoren der vier kleinen Windräder in der Nähe. „Die dort“, sagt Bindner und zeigt auf eine Anlage mit blauen, drehbaren Flügelspitzen, „das ist der Prototyp eines der ersten Windräder von Bonus.“ Eine 55 Kilowatt-Anlage, die vor Jahrzehnten für den Export in die USA gebaut und hier, am nationalen dänischen Forschungszentrum Risø, getestet wurde und jetzt für Versuche mit erneuerbaren Energien genutzt wird. Erik Bindner schaltet das Licht in der Experimentierhalle an.

Im Aufflackern der Neonröhren erscheint ein Teil des Teststandes, mit dem früher Rotorblätter vermessen wurden. Für heutige Flügel wäre die Halle längst zu klein. Stattdessen stehen an der Seite beigefarbene Schaltschränke und ein kleiner Server. „Wir sind dabei, mit den Windrädern und einem Gebäude am Risø ein separates Stromnetz aufzubauen“, erklärt Bindner. Noch in diesem Jahr sollen weitere Schaltschränke aufgebaut werden, die ein Photovoltaik-Modul und eine Redox-Flow-Batterie steuern. Redox-Flow-Batterien sind der letzte Schrei der Stromspeicherung. Wenn Energie im Überfluss vorhanden ist, lagern sich die Elektronen an das Element Vanadium an und können, wenn der Strom gebraucht wird, wieder abgezapft werden. Doch interessanter als der neue Stromspeicher, der in der alten Reaktorhalle des Risø stehen soll, werden geduldige Probanden sein. „Wir wollen einige Studenten-Büros nebenan als Verbraucher anschließen“.

Am Risø ist man davon überzeugt, dass die Stromnetze der Zukunft nicht von großen Kraftwerken dominiert werden. Immer mehr kleine Erzeuger, von der Windturbine bis zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) aus Bioenergieanlagen, werden den Strom einspeisen. Und solche kleinen Anlagen lassen sich nicht mehr über einen zentralen Kontrollraum irgendwo im Zentrum des Stromnetzes erfassen. „Man muss das Netz lokal kontrollieren“, sagt Poul Sørensen, Leiter der Windenergie-Abteilung am Risø.

 

Ein Experimentierfeld für Europa

Große, länderübergreifende Netze können nicht mehr nach den zentralistischen Konzepten der Sechzigerjahre gesteuert werden. Wenn es zu Ausfällen kommt, müssen kleinräumige Strukturen für 10.000 bis 100.000 Menschen so ausgelegt sein, dass sie zur Not alleine operieren können. PV-Anlagen, Windräder und Verbraucher vom Toaster bis zur Raumheizung müssen darum zusammenarbeiten. Am besten, indem man alle Anlagen miteinander vernetzt und selbständig an- und abschalten lässt.

Diese Utopie wollen Henrik Bindner und seine Kollegen erproben. Wenn die Windmühlen zu viel Strom abgeben, werden sich in den Arbeitsräumen die Elektroheizungen zuschalten und mit dem überfl üssigen Strom Wasser für die Heizung erhitzen. So richtig erprobt ist das alles noch nicht. Aber selbst bei einem Blackout, bleibt der Schaden überschaubar: „Hier arbeiten ja keine richtigen Leute“, sagt Bindner, „sondern Studenten.“

Was das kleine Netz am Risø für Dänemark, das ist Dänemark für den Rest von Europa: ein Experimentierfeld für die Einspeisung von erneuerbaren Energien. Mit 15 bis 25 Prozent Windenergieanteil im Jahresschnitt, je nach Windernte, liegen die Dänen deutlich vor anderen Staaten. Im stürmischen Januar 2005 schnellte die Quote sogar auf 41 Prozent. Der Monat bot alles, was einem Netzbetreiber schlaflose Nächte bereiten kann: Deutliche Produktionsüberschüsse, so dass man den Strom nur noch verschenken konnte. Und einen plötzlichen Ausfall sämtlicher Windräder, weil vom 7. auf den 8. Januar ein Orkan über die Halbinsel Jylland fegte und die Maschinen sich im tosenden Sturm abschalteten.

Das dänische Netz hat extrem harte Bedingungen: Anders als in Deutschland, Frankreich oder Spanien lässt sich der Strom nicht in ein großes Hinterland ableiten. Erschwerend kommt hinzu, dass die Stromnetze auf den westlichen (Halb-)Inseln Jylland und Fyn völlig getrennt sind von den Kabeln der Insel Sjælland, wo mit der Hauptstadt Kopenhagen der größte Stromverbraucher sitzt. Das ohnehin kleine dänische Netz wird so in zwei noch kleinere geteilt.

 

Netz wieder in Staatseigentum

„Da muss es gerade eine Menge Wind geben“, sagt Jens Pedersen, als er den Kontrollraum betritt, in dem die Kraftwerke des dänischen Westens gesteuert werden. Pedersen ist Wissenschaftler bei Energinet.dk in Fredericia, dem staatlichen Netzbetreiber. In der Mitte der halbrunden Kommandozentrale sitzt Allan Sjøgern hinter sieben Monitoren, auf denen ständig die Kennzahlen aller größeren Kraftwerke von Jylland und Fyn aufblinken.

Vier Meter vor ihm sind sämtliche 400 Kilovolt- (kV) und 150 kV-Leitungen als rote und schwarze Linien auf einer altmodischen Kontrollwand eingezeichnet, welche die gesamte Stirnseite des Raums ausfüllt. Rechts leuchten in zwei Spalten grüne Digitalanzeigen, auf denen sich die Produktion aller wichtigen Kraftwerke ablesen lässt: 358 Megawatt (MW) leistet in diesem Moment der erste Block des Kraftwerks mit dem Kürzel „FVO“, ein Kohlekraftwerk bei Århus. 136 MW der zweite. Einige Kraftwerke stehen auf Null. „Die sind gerade in der Revision“, sagt Sjøgern. Andere Anlagen leisten zwischen 150 und 300 MW. Nur der Wert neben der Abkürzung „WMP“ fällt aus dem Rahmen: 1.271 MW. Das ist die Leistung sämtlicher „Windmühlenparks“ im Westen, deren Daten hier zusammenlaufen.

37 Prozent an der deutschen Grenze, 49 Prozent auf der Höhe des Rinkøbing Fjord, 95 Prozent im äußersten Norden, wo die meisten dänischen Windräder stehen. Die aktuelle Auslastung der einzelnen Windregionen leuchtet auf einer digitalen Karte des Landes auf. Im Moment erzeugen alle Kraftwerke in Dänemark zusammen 4.330 MW Strom, während die Dänen nur 3.081 MW verbrauchen. Gleichzeitig importiert Dänemark Strom aus Norwegen. Der Überschuss geht über 400 kV-Leitungen nach Deutschland. Bis zu 1.800 MW kann das Netz der benachbarten Eon Netz GmbH aufnehmen. „Der Strom folgt dem Strompreis“, sagt Sjøgern und sieht zu einem Kollegen, der seitlich von dem Schaubild mit den großen Trassen vor einigen Bildschirmen sitzt und geschäftig telefoniert. Hier wird Dänemarks Über- oder Unterproduktion gehandelt.

Seit August 2005 ist dies, im übertragenen Sinn, eine Staatsaufgabe. Denn die dänischen Regierungsverantwortlichen hatten beschlossen, das Netz wieder in das Eigentum der Bürger zurückzuführen. Und so entstand aus dem Zusammenschluss von Eltra und Elkraft die Energinet.dk – heute allein verantwortlich für den gesamten Netzbetrieb. Jeden Tag melden die Kollegen von Allan Sjøgern den Produzenten, wie viel Strom am kommenden Tag benötigt wird. Das ist nicht so schwer, denn die Verbrauchsmuster im Tages- und Wochenverlauf sind sehr gleichmäßig und pendeln verlässlich zwischen 1.700 MW Sonntagnacht und 3.500 MW am frühen Abend jeden Werktags. Die Kraftwerksbetreiber machen 24 Stunden im Voraus für jede Stunde des Tages ihre Angebote und die günstigsten Kraftwerke bekommen den Zuschlag. Die größte Variable in dem System ist der Wind.

 

100 Prozent Windstrom sind möglich

Der Unterschied zwischen Flaute und gleichmäßig starkem Wind im westdänischen Netz beträgt rund 2.200 MW – die Summe, der installierten Windkapazität. In stürmischen Nächten produzieren Dänemarks Windturbinen darum regelmäßig mehr, als die Dänen verbrauchen. Alle sechs Stunden geben die Meteorologen den Netzbetreibern eine Vorhersage für die nächsten 72 Stunden. Auch in der 24 Stunden-Prognose, anhand derer der staatliche Netzbetreiber die notwendige Energie für den kommenden Tag festlegt, ist die Windkraft enthalten. Mit den Prognosen haben dänische Netzbetreiber jetzt mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung. Aber hundert Prozent sicher sind die Voraussagen nicht: Die fehlenden oder überschüssigen Mengen kauft und verkauft Energinet.dk kurzfristig als Regelenergie ein. 100 MW Abweichung von der Prognose sind nichts Besonderes. Die Ausgaben legt der Netzbetreiber auf die Entgelte um, welche die Dänen für den Betrieb ihres Stromnetzes bezahlen. Trotz dieser Ausgaben hat Poul Erik Morthorst vom Forschungszentrum Risø berechnet, dass die dänischen Stromkosten 2005 insgesamt durch den Windstrom um rund zehn Prozent gesunken sind. Denn der Wind konnte oft teuren Strom aus Spitzenlastkraftwerken ersetzen.

Der Windstrom-Anteil liegt in Westdänemark mit 23 Prozent höher als im Landesdurchschnitt. „Das ist technisch kein Problem“, sagt Hans Abildgaard, der bei Energinet.dk inzwischen Szenarien für eine steigende Windstromeinspeisung entwickelt. In einer Modellrechnung hat er durchgespielt was passiert, wenn Dänemark seinen Windstromanteil bei dem heutigen Netzkonzept langsam von 20 auf 100 Prozent schrauben würde. Ergebnis: Technisch möglich, wenn Dänemark eine Kapazität an Gas- und Kohlekraftwerken von rund 5.500 MW vorhält, um für Windflauten und Orkane gewappnet zu sein. Zum Vergleich: Aktuell sind in Dänemark gut 10.000 MW konventionelle Kraftwerke am Netz. Allerdings müsste der Anteil der Spitzenlastkraftwerke von heute ein Drittel auf zwei Drittel steigen. Die Stromkosten würden unter dem Strich aber erst ab einem Windstromanteil von etwa 30 Prozent ansteigen.

Dass die Dänen heute so viel Windstrom problemlos verkraften, liegt auch daran, dass sie ihre Produktionsschwankungen durch den Export und Import aus Norwegen, Schweden und Deutschland ausgleichen können – allesamt Länder, mit einem viel höheren Energieumsatz. Besonders die skandinavischen Nachbarländer produzieren Strom aus Wasserkraftwerken und können deren Leistung leicht senken, wenn viel Windstrom aus Dänemark und Deutschland anfällt.

Doch Dänemark will das heimische Stromnetz auch unabhängig von den Nachbarländern betreiben können und dies bei gleichzeitigem Ausbau des Windstromanteils. Den bereits verkündeten Erweiterungen der Offshore-Parks Horns Rev und Nysted mit jeweils 200 MW werden weitere Projekte folgen. Wie der Ausbau genau geschehen soll, dazu hat die Dänische Energiebehörde (ENS) in Kopenhagen sich bislang nicht geäußert. „Im kommenden Januar wird der Minister ein Strategiepapier vorstellen“, sagt Anders Kristensen, der in der Fachbehörde des Ministeriums für Transport und Energie die Genehmigung für den Bau von Hochspannungsleitungen und die Anbindung von Offshore Windparks betreut.

 

Neue Verbindungen und Strom zum Heizen

Wie die dänische Lösung aussehen wird, lässt sich bereits in groben Zügen erahnen: Für das Mehr an Windstrom wird zunächst eine Gleichstromverbindung zwischen dem ost- und westdänischen Netz gebaut. Sie soll die Fluktuationen mindern und die Abnahme vergleichmäßigen. Läuft alles wie geplant, wird das Kabel 2009 über den Store Bælt geführt und Dänemark gewinnt Spielraum für weitere 600 MW Windenergie. Neue Hochspannungsleitungen sollen das Netz außerdem ausfallsicherer machen.

Doch das wird nicht ausreichen. Denn Dänemark ist auch eines der Länder, in dem am meisten Strom in Kraft-Wärme-Kopplung produziert wird. „Effizienz war über Jahrzehnte die Leitidee der dänischen Energiepolitik“, sagt Kristensen. Die KWK-Anlagen haben Leistungen zwischen zwei und 15 MW und hängen an den Nahwärmenetzen. Sie sind wärmegeführt und dürfen bisher nicht arbeiten, ohne Strom zu erzeugen. In kalten Winternächten produzieren sie nicht nur die meiste Wärme, sondern auch den meisten Strom. Ihre Erzeugungsspitze tritt also genau in der Jahreszeit auf, in der auch die Windturbinen ihr Maximum produzieren. Gleichzeitig sinkt in diesen Nächten der Stromverbrauch auf ein Minimum. Was tun mit dem Überschuss?

Die dänische Regierung ist dabei, ihr Effizienz-Paradigma aufzuweichen. Genau wie die Redox-Flow-Batterie oder die Stromheizung in den Studentenbüros am Forschungszentrum in Risø will sie die KWK-Anlagen einsetzen, um den Strom in Spitzenzeiten zu verbrauchen: Statt der Öl- oder Gasbrenner könnten sich künftig in den Kesseln große Tauchsieder zuschalten, die aus Windstrom Wärme machen. Die Heizstäbe sollen Strom ziehen, wenn der Strompreis günstiger ist als das Heizen mit Gas. „Die Genehmigungen für die ersten zwei oder drei Anlagen laufen bereits“, weiß Kristensen.

Am Betrieb von Windparks ändert sich dagegen nicht. Die Anlagen sollen weiter so viele Stunden laufen wie möglich. Ihre gute Regelbarkeit wird eine stille Reserve für Notfälle bleiben. „Wir können die Produktion hier um 50 MW in einer Sekunde senken“, sagt Carsten Nielsen in der Steuerzentrale von Horns Rev, dem größten Offshore-Windpark vor Dänemarks Westküste. Die 80 Windräder mit je zwei MW sind rund 40 Kilometer von der Vattenfall-Niederlassung in Esbjerg entfernt. An diesem diesigen Tag sind sie über die Kohleberge und Fährschiffe im Hafen nicht zu sehen. Nur auf dem Bildschirm sieht man die Life-Videoaufnahmen von der hohen See. Sollte irgendwo ein großer Verbraucher ausfallen, könnten die Windräder binnen Sekunden Leistung reduzieren und so das Netz stabilisieren. Aber auch bei einem großen Netzausfall könnten die Windräder die Energie liefern die Kohlkraftwerke und KWK-Anlagen brauchen, um wieder anzufahren.

Oft bleibt Horns Rev schon heute unter seinen Möglichkeiten. Wenn morgens um drei oder vier Uhr ein guter Wind weht, lässt die Vattenfall-Kraftwerkssteuerung in Stockholm die Rotoren der Anlagen aus dem Wind drehen. „Vermutlich“, sagen die Experten bei Energinet.dk, „kann Vattenfall dann seine Kohle- und Gaskraftwerke gleichmäßiger betreiben.“ Erst wenn Dänemarks Verbraucher gegen 6 Uhr morgens Strom brauchen, fährt Horns Rev die Leistung hoch.

 

 

Zahlen zu Dänemarks Netz

Der staatliche Netzbetreiber energinet.dk entstand am 24. August 2005 aus den Unternehmen Eltra, Elkraft System, Elkraft Transmission und Gastra, die bis dahin das Netz regulierten und sicherten. Als offizielle Geburtsstunde der Energinet.dk gilt jedoch der 1. Januar 2005, da der Zusammenschluss auf den Jahresanfang zurückdatiert wurde. Statt die Elektroinfrastruktur privaten Unternehmen zu überlassen, wollen die Dänen mit der Verstaatlichung der Infrastruktur sicher stellen, dass alle Stromanbieter die gleichen Chancen haben, ihre Strom zu verkaufen. Energinet.dk gibt seine Kosten an die Verbraucher weiter, der Umsatz lag 2005 leicht über einer Milliarde Euro. Das Unternehmen betreibt, baut aus und unterhält mit diesem Geld das Gasnetz und 1.180 Kilometer Stromleitungen der 400 kV-Ebene im ganzen Land. Energinet.dk kann bei Bedarf auch auf das 150 kV-Netz im Westen und das 132 kV-Netz im Osten zugreifen. Diese Leitungen gehören aber weiter lokalen Betreibern. Das gesamte Hochspannungsnetz in Ost- und Westdänemark ist nach wie vor vollständig voneinander getrennt. Erst 2009 sollen die Netze über den Store Bælt verbunden wer den – mit einer Gleichstromleitung. Darum wird auch das westdänische Netz nach 2009 im Takt des westeuropäischen Verbundes schwingen, während das ostdänische mit dem skandinavischen Netz synchronisiert bleibt.