Hybride Stromnetze für die Energiewende

Die Energiewende ist inzwischen in breiten Kreisen der Bevölkerung und Fachwelt akzeptiert und wird als sinnvolles Ziel erachtet. Wie die Wende aber konkret zu realisieren ist, ist alles andere als klar und wird von Politik, Fachwelt und Bevölkerung intensiv und kontrovers diskutiert: Zentrale oder dezentrale Stromerzeugung? Wasserkraft, Photovoltaik, Wind, Biomasse, Geothermie oder Solarthermie? Speicher mittels Batterie, Gas, Druckluft oder Wasserkraftpumpspeicher? Wie auch immer der Umbau am Ende realisiert wird, um auch die Anbindung der neuen Energiequellen zu gewährleisten, muss das bestehende Stromnetze ausgebaut und erneuert werden. Hier gibt es enormes Konfliktpotenzial, insbesondere wenn die ersten Trassenplanungen öffentlich gemacht werden. Auch wenn den meisten klar ist, dass neue Leitungen nötig sind: Im eigenen Vorgarten möchte sie dann doch niemand haben. Die Klärung aller Einsprachen gegen neue Leitungsabschnitte kann ein Vielfaches der Zeit in Anspruch nehmen, die für die technische Planung und Umsetzung nötig wäre. Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) weltweit haben zahlreiche Ansätze getestet, um die Akzeptanz in der Bevölkerung für neue Trassen zu steigern. Von einer frühzeitigen engeren Einbindung und offeneren Kommunikation über Sinn und Nutzen des Projekts, Architekturwettbewerbe für optisch ansprechende Lösungen für Strommasten bis hin zu unterirdisch verlegten Kabeln.

In der Forschung werden auch andere innovative Lösungen diskutiert, welche die Leitungskapazität steigern und den notwendigen Ausbau der Übertragungsnetze minimal halten könnten. Darunter fallen zum Beispiel supraleitende Kabel oder der Transport von synthetisch erzeugten chemischen Energieträgern wie Wasserstoff aus Elektrolyse.

Übertragungskapazität steigern

Ein Konzept, welchem bisher wenig Beachtung geschenkt wurde, ist die hybride Wechselspannungs- und Gleichstromleitung. Hierbei wird auf einem bestehenden Strommast ein System – bestehend aus drei Leitern – anstelle von Wechselspannung neu mit Gleichstrom betrieben. Der übliche Dreiphasenwechselstrom (oder Drehstrom) hat zwar einige Vorteile gegenüber Gleichstrom, führt aber bei grossen Entfernungen zu hohen Übertragungsverlusten und hat eine geringere Übertragungskapazität. Durch ein hybrides Übertragungsnetz, bei dem ein Teil der Leitungen mit Gleichstrom betrieben wird, lässt sich die Übertragungskapazität auf ebendiesen Leitern um mindestens 30 bis 50 Prozent steigern. Je nach Mastgeometrie und Betriebsführung kann die Steigerung effektiv sogar noch deutlich höher sein.

Ein erstes Projekt dieser Art ist in Deutschland unter dem Namen «Ultranet» in der Planungsphase. Die zuständigen ÜNB, in Zusammenarbeit mit verschiedenen Industriepartnern und Hochschulen, sind mit Nachdruck dabei, die technisch offenen Fragen zu klären. Auch die Gruppe Hochspannungstechnik der ETH Zürich ist hier tätig, insbesondere für elektrische und akustische Fragestellungen. Gemeint sind hier die Konsequenzen von kleinen Entladungen an der Leiterseiloberfläche; bei aktuell existierenden reinen Wechselstromleitungen sind diese den meisten Leuten schon einmal als Brummen oder Rauschen aufgefallen. Eine der Grundannahmen solcher Projekte ist, dass die Bevölkerung prinzipiell eine größere Akzeptanz für einen Umbau des bestehenden Übertragungsnetzes zeigt als für einen Neubau oder zum Beispiel eine Systemspannungserhöhung, welche eine Masterhöhung und -verstärkung mit sich bringt.

Hybridleitungen in der Schweiz?

Ein neues, durch den Schweizer Nationalfond über das nationale Forschungsprogramm (NFP) 70 «Energiewende» gefördertes Projekt, untersucht die Machbarkeit von Hybridleitungen in der Schweiz [1]. Neben der ETH Zürich sind hier diverse Industrie- und Energieversorgungsunternehmen Partner. Eine Besonderheit des Projekts – durch das NFP explizit gefördert und gefordert – ist die Einbindung der gesellschaftlichen Perspektive. Zusammen mit weiteren Forschungspartnern werden wir neben technischen/wissenschaftlichen Fragen auch untersuchen, ob die Bevölkerung der Umnutzung einer existierenden Leitung eher zustimmen wird oder nicht. Wird man uns Technikern vertrauen, dass wir diesen neuen Leitungstyp unter Einhaltung aller elektrischen, magnetischen und akustischen Grenzwerte dimensionieren können? Oder wird es doch Widerstand geben, weil neuen Technologien gegenüber generell eine gewisse Grundablehnung herrscht? An welchen Informationen über diesen Leitungstyp ist die Bevölkerung überhaupt interessiert und zu welchem Zeitpunkt? Was, wenn sich die neuen Leitungen zu gewissen Zeiten oder bei gewissen Witterungen doch anders verhalten als vorausgesagt; ist damit das Vertrauen in uns komplett verloren oder akzeptiert man, dass bei den komplexen Zusammenhängen auch gewisse Unsicherheiten möglich sind?

Alles wichtige Fragen, die es zu beantworten gilt, damit wir alle dem Ziel der Energiewende einen großen Schritt näher kommen können.