Regionale Autarkie verstehen und nutzen – Systeme im Notbetrieb

Ausgangssperren ja/nein? – Beeinträchtigung des Lebens? … Die Fragen, die sich aktuell bei vielen Gesprächen stellen und in allen Nachrichtensendungen versucht werden zu erörtern, drehen ursächlich um ein Problem der Abhängigkeiten in Netzen und Entfernungen. Keine Angst, ich kenne mich nicht mit Virologie aus und in diesem Beitrag soll es auch nur um eine Eigenschaft bei der Stromversorgung gehen, die man bei der gesellschaftlichen Verarbeitung der Auswirkungen von COVIT19 auch erkennen kann. In anderen Worten: Einige Themen eingeordnet im Kontext, wo ich sie verstehe 🙂

So ein Virus scheint auch wie Wasser oder Strom sich zu verhalten. Er folgt den Weg des geringsten Widerstandes und breitet sich aus. Solange man die Übertragungswege nicht stoppt, solange verteilt sich der Virus. Beim Stromnetz ist dies auch so, wenn man von Verlusten beim Transport einmal absieht.

Ausbreitung in Netzen/Systemen

Im Normabetrieb haben wir ein über ganz Europa engmaschiges Stromnetz, was man daran erkennen kann, dass an einer Steckdose in Hamburg die Netzfrequenz exakt den gleichen Wert hat, wie an einer Steckdose in Paris oder Madrid. Der Ausfall eines Umspannwerkes bei Amsterdam konnte hier in Mauer (bei Heidelberg) abgelesen werden. In einem Netz breiten sich Probleme immer aus, bis das ganze System (Netz) dieses gesehen hat.

Ein Hickser in der Netzfrequenz und die Ausbreitung eines Virus sind von der Auswirkung selbstverständlich etwas vollständig anderes. Bei der Herstellung von Papier müssen die Walzen, auf denen das noch sehr leicht reißenden Papiers aufgerollt wird, ihre Geschwindigkeit exakt halten. Meist sind diese Walzen mit Strom angetrieben und da die Walze nicht genügend Abwehrkräfte (Trägheit) hat sich gegen das Problem zu stemmen, wird die Geschwindigkeit bei einer Frequenz schwanken und das Papier reisen. Die Walze mit ihrer Drehenergie ist im Vergleich zum Stromnetz einfach zu klein.

Schwungrad bei einer Dampfmaschine

Was kann man machen? Eine Möglichkeit besteht darin die Walze vom Stromnetz unabhängiger zu machen. Technisch zum Beispiel durch ein sehr großes und schweres Schwungrad, welches durch einen Elektromotor angetrieben wird. Das Schwungrad selbst verbindet man wieder mit einem Generator zur Stromerzeugung, der dem Motor für die Walze die Energie gibt.

Die primäre Versorgung der Walze erfolgt bei dieser Lösung vom Schwungrad. Ob das Schwungrad am Stromnetz hängt, von einem Dieselmotor angetrieben wird oder einfach nur durch seine Masse die Frequenz stabil hält, ist dann egal.

Bei einem Virus stelle ich mir es so vor, als ob die Rolle des Schwungrads vom Immunsystem übernommen wird. Probleme, die durch das „externe Netz“ hereinkommen werden erkannt, müssen aber dem Ingenieur als zu lösen bekannt sein. Das Immunsystem kennt einen neuen Virus nicht und weiß daher nicht wie es reagieren soll. Die Schaffung eines Impfstoffs ist somit vergleichbar mit der Idee ein Schwungrad zur Lösung des Abrissproblems bei der Papierherstellung zu verwenden.

Isolation und Netztrennung als kurzfristige Lösung

Die Ausbreitung von Problemen in einem Netz/System lässt sich nicht aufhalten. Mechanismen zum automatischen Reagieren gibt es immer nur für bekannte Probleme. Was, wenn ein neues Problem entsteht, welches man noch nicht kannte?

Als im Jahre 2006 ein Stapellauf in Pappenburg halb Europa das Licht ausknipste, bekam man in Baden-Württemberg davon nichts mit. Dank eines cleveren Schachzuges beim Übertragungsnetz der EnBW (heute TransnetBW) wurde das Bundesland zur Insel mit Strom.

Beitrag Infrastruktur Baden-Würtemberg

Ein sehr ähnliches Vorgehen wie beim Stapellauf in Pappenburg nutzt man auch in der Fliegerei. Bei einem Problem in der Luft werden die Piloten sehr schnell eine Emergengy-Checkliste hervorzaubern und die darauf vermerkten Punkte abarbeiten. Schaut man genauer hin, was gemacht wird, dann stellt man fest, dass die Piloten technisch versuchen das Problem zu isolieren. Ist es nicht möglich das Problem zu isolieren, dann werden die funktionierenden Komponenten isoliert.

Die Maßnahme einer Ausgangssperre ist somit eine kurzfristige Lösung, bis eine andere Lösung gefunden wurde. Beim Ereignis im Stromnetz 2006 hätte sich das Bundesland nur für einige Tage als Insel abschotten können. Bei einem Zwischenfall im Flug wird man versuchen den nächsten geeigneten Landeplatz anzusteuern.

Klar sollte aber bei der kurzfristigen Lösung eines Problems sein, dass meist die Ursache nicht behoben wird. Beim Stapellauf in Pappenburg ist die Netzfrequenz in Europa durcheinander geraten und aus Sicht von Baden-Württemberg bestand die Lösung darin eine Synchronisation mit immer größeren Gebieten im Umfeld herzustellen. Das Flugzeug wird bei einem Problem nach der Landung zunächst repariert, bevor es wieder fliegt.

Wird eine Trennung vorgenommen, dann ist die entscheidende Frage, was kann getrennt werden ohne das (eigene) System zu gefährden? Oder in anderen Worten: Wie viel vom Netz/System brauche ich kurzfristig wirklich? So kann das Flugzeug kurzfristig auf alle seine Triebwerke verzichten und segeln. Ein Bundesland kann zur Insel werden und durch seine eigenen Kraftwerke für die Stromversorgung sorgen.

Systeme/Netze sind jedoch recht schwer zu verstehen, weshalb es im Normalbetrieb meist vergessen wird, dass man für die Dauer zwischen kurzfristiger Lösung durch Isolation/Trennung und Reparatur auch einen Plan benötigt. Verzichten kann man auf einen solchen Plan nur, wenn man auf die Vorzüge des Netzes dauerhaft verzichten kann.

In der Luftfahrt ist die Reduktion eines Netzes, indem sich Fehler ausbreiten, am einfachsten verständlich beim Weglassen eines Antriebs bei Segelflugzeugen. Es existieren aber auch andere Komponenten wie die Verwendung einer Luftstrom-Vakuum-Erzeugung durch Nutzung des Venturi-Prinzips für die im Notfall vorhandenen Instrumente (Vorteil: Braucht keinen Strom, kann fast nicht kaputtgehen…).

Große Netze sind eigentlich gut…

Wenn sich Probleme ungehindert in einem Netz/System ausbreiten können und nur durch Isolation/Trennung eine Lösung herbeigeführt werden kann, müsste man annehmen, dass der Verzicht auf (komplexe) Systeme die beste Lösung ist. Tatsächlich findet man in den Texten von radikalen Globalisierungsgegnern die besten Belege dafür. So ist natürlich nicht von der Hand zu weißen, dass ohne Flugreisen die Pandemie #COVID19 sich nicht in dieser Geschwindigkeit verbreitet hätte – aber wahrscheinlich auch nicht in dieser Geschwindigkeit erkannt und gelöst werden könnte. Die Lektüre vom Umgang mit der spanischen Grippe 1918 in den USA sind hier eine gute Informationsquelle, über die Heilungskräfte eines Systems als Einheit, die von kleineren Einheiten nicht geleistet werden kann.

Nebelwolken durch Kühlung des Kraftwerkes Heilbronn
Kraftwerk Heilbronn

Kommt es zu einem Zwischenfall beim Kraftwerk Heilbronn, dann gehen dank der Vernetzung die Lichter in der Stadt nicht aus, sondern alle anderen Stromerzeuger in ganz Europa kompensieren den Ausfall. Tatsächlich ist das als europäische Verbundnetz in den 1970-1990er Jahre entstandene Stromnetz geschaffen worden, um eine stabile Stromversorgung zu erreichen, ohne ein Backup-Kraftwerk neben jedes Kraftwerk stellen zu müssen. Die Ergebnisse lassen sich sehen. Das Stromnetz ist in Europa heute so stabil wie noch nie. Probleme an einem Ort können (meist) durch die Vernetzung aufgefangen werden.

Vernetzung sorgen allerdings auch für eine steigende Komplexität, die man vorzüglich für Polemik (und Politik) nutzen kann. Die ganze Debatte der Netzintegration von Erneuerbaren ist hier ein Beispiel. Desto höher die Komplexität eines Systems desto weniger kann man es schnell durchdringe und verstehen. Leider führt dies jedoch dazu, dass es „en vogue“ ist eine Meinung zu haben auch ohne vollständige Durchdringung der Komplexität.

Weil ich in den Supermarkt gehen kann und mir Klopapier und Mehl kaufen kann, erspare ich mir Papier zu schöpfen und Getreide im Garten anzubauen. Dafür liefere ich Strom, der dem Betreiber einer Getreidemühle erspart diesen Aufwand selbst zu betreiben. Dies ist der Nutzen des Netzes oder der Gewinn des Systems, welches sich Gesellschaft nennt.

Regionale Autarkie

Vernetzung bringt einen Nutzen, da das einzelne Element sich vieles ersparen kann. Der wichtigste Grund für eine Vernetzung ist aber die ökonomische Komponente, denn mit Geld kann man sich alles Kaufen – nur keine glückliche Lebenszeit. So würde mich eine vollständige Trennung vom Stromnetz etwa 200.000 € kosten. Mit einer Stromrechnung unter 600 € im Jahr, rechnet sich dies nicht. Selbst wenn ich dann immer noch Licht hätte, auch wenn in Pappenburg ein Kreuzfahrtschiff seinen Stapellauf hat. Eine kurzfristige Autarkie – also eine Trennung auf Zeit vom Netz – ist hingegen ein Ziel, welches erstrebenswert ist. So kenne ich meine Abhängigkeiten vom Netz und kann besser nachvollziehen.

Persönlich glaube ich, dass der Trend in den Supermärkten die regionale Erzeugung hervorzuheben nur darauf basiert, dass wir heute auch in komplexeren Systemen gerne noch verstehen und nachvollziehen können, wollen. Höre ich, dass im bereits genannten Kraftwerk Heilbronn zur Stromerzeugung auch Kohle aus Australien verwendet wird, dann verunsichert mich dies. Irritiert drängt sich die Frage auf, ob das sein muss…

Herkunft Grünstrom in Mauer

Um die Sinnhaftigkeit von Kohle aus Down-Under für mich persönlich beantworten zu können, muss ich zunächst herausfinden, wie meine Abhängigkeit vom Netzwerk für mich aussieht. Der Algorithmus hinter dem GrünstromIndex hilft an dieser Stelle. Damit mein Stromverbrauch zu 100% aus Erneuerbaren Energieträgern rund um die Uhr stammen kann, müsste ich ein Netz bis Kirchardt bauen; ein Ort, der aus hiesiger Sicht deutlich vor Heilbronn liegt. Sonne, Wind und Wasserstrom würden für mich und alle anderen in diesem Gebiet ausreichen. Die Karte zeigt mir, was meine persönliche (Strom-)Insel ist und wie für den Ort Mauer eine Stromautarkie aussehen würde.

Im Nachbarort von Mauer (Bammental) sieht die Karte schon ganz anders aus und die (Strom-)Insel bekommt eine andere Form. Wer in Bammental wohnt, dem kann die Stromerzeugung in Kirchhardt egal sein, dafür darf man dort einen Blick nach Heidelberg und Leimen werfen.

Verantwortung für ein Netz

Eigene Autarkie ist unwirtschaftlich und ich bin auf ein Netz angewiesen (nicht nur bei der Stromversorgung). Bei der Stromversorung kann man erkennen, wie weit die eigentliche Abhängigkeit ist. Schwieriger wird dies bei der Gesellschaft, bei Menschen man trifft. Deutlich wird dies jetzt, weil wir die Verbindungen im Netz/System der Gesellschaft nur bedingt verstehen.

Bei der Stromversorgung weiß ich, dass es zu meinem Verantwortungsbereich dazu gehört, dass in Kirchardt eine Erzeugungsanlage vorhanden ist und betrieben wird. Bei meinen Mitmenschen liegt es in meiner Verantwortung auch zu erkennen, wie das Netz aufgebaut ist.

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