Überblick: Bedeutung für Industrie und Technik
In den vergangenen Jahren hat die kombinierte Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie in der Europäischen Union auf Jahresbasis einen höheren Anteil erreicht als die Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern. Damit zeichnet sich ein struktureller Wandel in der europäischen Stromversorgung ab, der sowohl die Erzeugungsstruktur als auch den Betrieb der Netze nachhaltig verändert.
Für Industrieunternehmen, Entwicklungsabteilungen und technische Entscheider ist diese Entwicklung weniger als politisches Signal relevant, sondern vor allem aus technischer und planerischer Sicht. Sie wirkt sich auf Netzverhalten, Verfügbarkeit elektrischer Energie, Preisvolatilität, Netzanschlussbedingungen sowie auf die langfristige Infrastrukturplanung aus. Entsprechend gewinnt das Verständnis der technischen Zusammenhänge für energieintensive Betriebe ebenso an Bedeutung wie für Hersteller und Integratoren elektrischer Systeme.
Technische Grundlagen: Wie Wind- und Solarenergie das Stromsystem verändern
Variable erneuerbare Erzeugung
Wind- und Solarenergie zählen zu den variablen erneuerbaren Energiequellen. Ihre Einspeisung ist wetterabhängig und nicht durch einen frei steuerbaren Brennstoffeinsatz regelbar. Im Gegensatz zu konventionellen thermischen Kraftwerken kann die Erzeugungsleistung nicht beliebig disponiert werden, sondern muss im jeweiligen Moment in das Stromsystem integriert werden.
Typische technische Merkmale sind:
- nicht disponierbare Primärerzeugung
- betrieblich stark prognosegestützte Fahrweise (Day-Ahead- und Intraday-Planung)
- Leistungsänderungen über unterschiedliche Zeitskalen hinweg, von Minuten bis zu saisonalen Schwankungen
Residuallast und Systemausgleich
Mit wachsendem Anteil von Wind- und Solarstrom rückt die sogenannte Residuallast in den Fokus der Netzbetreiber. Sie beschreibt den verbleibenden Strombedarf, nachdem die Einspeisung aus erneuerbaren Quellen berücksichtigt wurde. Diese Residuallast wird typischerweise gedeckt durch:
- flexible konventionelle Erzeugung
- elektrische Energiespeicher
- Lastmanagement und Nachfrageflexibilität
- grenzüberschreitenden Stromhandel
Für die Systemstabilität ist dabei weniger die installierte Gesamtleistung entscheidend als das Zusammenspiel dieser Ausgleichsmechanismen.
Leistungselektronisch angebundene Erzeuger
Photovoltaikanlagen und moderne Windenergieanlagen sind überwiegend über leistungselektronische Umrichter an das Netz gekoppelt. Dadurch unterscheidet sich ihr Netzverhalten grundlegend von synchronen Generatoren.
Technisch relevante Aspekte sind unter anderem:
- netzfolgende und netzbildende Regelungskonzepte
- Bereitstellung von Blindleistung und Spannungsstützung
- Frequenzunterstützung durch Regelalgorithmen
- geringere Kurzschlussleistung im Vergleich zu rotierenden Maschinen
Diese Eigenschaften beeinflussen Netzberechnungen, Schutzkonzepte und die Auslegung von Netzanschlüssen.
Typische Anwendungen im industriellen und B2B-Umfeld
Industrielle Strombeschaffung
Industrieunternehmen treten zunehmend in unterschiedlichen Formen mit erneuerbarer Stromerzeugung in Kontakt, beispielsweise durch:
- Photovoltaikanlagen auf dem eigenen Betriebsgelände
- außerbetriebliche Stromlieferverträge mit erneuerbaren Erzeugungsanlagen
- Stromlieferverträge mit stärkerer Kopplung an Großhandelsmärkte
Diese Modelle unterscheiden sich hinsichtlich ihrer technischen und betrieblichen Auswirkungen, insbesondere im Hinblick auf Lastdeckung und Exposition gegenüber Erzeugungsschwankungen.
Elektrifizierung industrieller Prozesse
Mit zunehmender Verfügbarkeit erneuerbarer elektrischer Energie rückt die Elektrifizierung bestimmter industrieller Prozesse stärker in den Fokus, etwa:
- elektrische Prozesswärmeerzeugung im niedrigen und mittleren Temperaturbereich
- elektrisch betriebene Nebenaggregate wie Pumpen, Verdichter und Antriebe
- hybride Systeme mit Kombination aus elektrischen und thermischen Energieformen
Solche Anwendungen erfordern in der Regel eine detaillierte Analyse des Lastprofils und der Netzauswirkungen.
Flexibilitäts- und Speicherlösungen
Zur Bewältigung von Erzeugungsschwankungen kommen in industriellen Anlagen unter anderem zum Einsatz:
- Batteriespeichersysteme zur Lastspitzenbegrenzung
- zeitliche Verschiebung von Lasten innerhalb produktionstechnischer Grenzen
- automatisierte Schnittstellen für Laststeuerung und Nachfrageflexibilität
Diese Systeme dienen typischerweise der Unterstützung eines stabilen Anlagenbetriebs und ersetzen nicht die öffentliche Stromversorgung.
Netzanschluss- und Konformitätsprojekte
Der Anschluss neuer Erzeugungsanlagen, Speicher oder großer Verbraucher ist häufig mit folgenden Aufgaben verbunden:
- Lastfluss- und Kurzschlussberechnungen
- Untersuchungen zu Oberschwingungen und Spannungsqualität
- Abstimmung mit Verteil- oder Übertragungsnetzbetreibern
Solche Projekte sind inzwischen fester Bestandteil der industriellen Elektroplanung.
Konstruktions- und Auslegungsaspekte
Netzkapazität und Engpässe
In vielen Regionen stellt die verfügbare Netzanschlusskapazität einen begrenzenden Faktor dar. Hohe Einspeiseanteile aus erneuerbaren Energien können zu:
- lokalen Netzengpässen
- Redispatch-Maßnahmen
- zeitweiser Abregelung von Erzeugungsanlagen
führen. Bei der technischen Planung sind daher Ausbauzeiträume und Anschlussbedingungen frühzeitig zu berücksichtigen.
Spannungsqualität und EMV
Systeme mit hohem Anteil leistungselektronischer Komponenten beeinflussen unter anderem:
- Oberschwingungspegel
- Spannungsänderungen
- Wechselwirkungen mit bestehenden industriellen Verbrauchern
Abhängig von der Systemkonfiguration kommen Maßnahmen wie Filtertechnik, Blindleistungsregelung oder angepasste Transformatorauslegung zum Einsatz.
Schutztechnik und Fehlerverhalten
Geringere Kurzschlussströme inverterbasierter Erzeuger wirken sich aus auf:
- Schutzkoordination
- Empfindlichkeit der Fehlererkennung
- Inselnetzerkennung
Diese Aspekte werden üblicherweise im Rahmen der Detailplanung und Inbetriebnahme behandelt.
Flexibilität versus Wirkungsgrad
Bei der Auslegung elektrischer Systeme ergeben sich häufig Zielkonflikte zwischen:
- Optimierung auf stationären Wirkungsgrad
- ausreichender Regel- und Rampenfähigkeit
- Reduzierung zyklischer Belastungen von Betriebsmitteln
Die geeignete Auslegung hängt vom jeweiligen Anwendungsfall und den lokalen Netzbedingungen ab.
Normen und regulatorischer Rahmen in der EU
Die Integration von Wind- und Solarenergie erfolgt im Kontext europäischer und nationaler Regelwerke. In der industriellen Praxis sind unter anderem relevant:
- Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED III)
Sie definiert unionsweite Ausbauziele und einen politischen Rahmen, ohne konkrete technische Lösungen vorzuschreiben. - Netzplanungs- und Angemessenheitsanalysen von ENTSO-E
Diese dienen der Bewertung langfristiger Versorgungssicherheit und des Flexibilitätsbedarfs auf Systemebene. - Netzanschlussregeln und nationale Technische Anschlussbedingungen
Sie legen Anforderungen an Erzeugungsanlagen und Großverbraucher fest, beispielsweise hinsichtlich Fehlerüberbrückung, Blindleistungsbereitstellung und Regelungsverhalten. - Normen zur Spannungsqualität und EMV
Dokumente wie EN 50160 sowie relevante Reihen der IEC 61000 werden häufig zur Beurteilung der Netztauglichkeit herangezogen.
Anwendbarkeit und Umsetzung richten sich nach Land, Netzebene und Projektumfang.
Fazit: Technischer Strukturwandel mit praktischen Auswirkungen
Dass Wind- und Solarenergie fossile Energieträger im europäischen Strommix überholt haben, steht für einen grundlegenden Wandel des Stromsystems. Für industrielle Akteure ist dabei weniger die statistische Kennzahl entscheidend als die daraus resultierenden technischen Rahmenbedingungen: höhere Variabilität, zunehmende Bedeutung leistungselektronischer Systeme, veränderte Netzanforderungen und ein wachsender Bedarf an Flexibilität.
Planung, Beschaffung und Systemauslegung müssen diese Entwicklungen zunehmend berücksichtigen. Ein fundiertes technisches Verständnis unterstützt eine realistische Projektbewertung, regelkonforme Integration und sachliche Entscheidungsfindung – ohne pauschale Annahmen über regionale oder anwendungsspezifische Ergebnisse.
