Technologie
Energie ideal verteilt
3 minuten
1 August 2017
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Titelbild: Yung Chang/Unsplash
Die Energie der Zukunft braucht ein dezentrales Stromnetz. Genau daran forscht Ferdinanda Ponci zusammen mit Doktoranden. Die Expertin für urbane Energiesysteme ist in ihrem Institut die einzige Frau mit eigenem Lehrstuhl
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1 August 2017
Die Zukunft der Energieversorgung steht in einem schlichten Kellerraum der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, kurz RWTH: vier graue Kästen mit grünen Leuchtknöpfen, die summen wie ein riesiges Bienennest. Ferdinanda Ponci, eine zierliche, lebhafte Frau, zeigt auf den mannshohen Apparat. „Das ist quasi unsere Schaltzentrale“, sagt sie. „Wir haben mithilfe von Algorithmen ein komplettes Energieversorgungsnetz simuliert und können mit diesen Servern nun in Echtzeit ausrechnen, wie Energieströme darin verlaufen.“
Die Bedingungen der Natur einbeziehen
Oder anders formuliert: Die 47-Jährige erforscht am Eon Energy Research Center mit jungen Doktoranden, wie sich unser Energiesystem künftig steuern lässt. Bis vor Kurzem folgte die Versorgung einem recht einfachen, zentralistischen Prinzip. Strom wurde von Atom-, Kohle- oder Gaskraftwerken erzeugt, über Hochspannungsleitungen transportiert, ins Verteilnetz eingespeist – und schließlich an Haushalte, Fabriken oder Ampeln weitergegeben. „Bei Wind- und Sonnenenergie gibt es dagegen kleinere und dafür viel mehr Stromproduzenten“, sagt Forscherin Ponci. Deshalb braucht man ein neues, dezentrales Netz.
Dazu kommt: Energie wurde früher dann produziert, wenn sie benötigt wurde. Heute bestimmen Wind und Sonne, wann und wie viel Energie zur Verfügung steht. Daher sei es wichtig, die vorhandene Energie so gut wie möglich zu verteilen, sagt Ponci. „Ich träume von einer Welt, in der die Energieproduktion nicht automatisch mit Umweltzerstörung einhergeht und Energie so effizient wie möglich eingesetzt wird.“
Auf den Alltag übertragen bedeutet das: Maschinen sollen grün produzierten Strom künftig dann nutzen, wenn dieser günstig ist. Weht starker Wind, werden jene Teile produziert, die energieintensiv sind. Herrscht Flaute und ist die Sonne von Wolken verdeckt, werden weniger energieintensive Teile hergestellt. „Fertige Bauteile zu lagern, kann für Industrien ein weiterer Weg sein, Energie zu speichern“, argumentiert sie.
Der zukünftige Haushalt passt sich an
Auch im privaten Haushalt gebe es Potenzial: Küchengeräte könnten ebenfalls dann arbeiten, wenn Strom günstig ist. Dazu müsste ein Nutzer lediglich vorher per App den Befehl geben: Bis spätestens morgen früh, sieben Uhr, soll alles fertig sein. Den idealen Zeitpunkt wählt die Maschine dann selbst.
Im besten Fall sei es künftig sogar möglich, dass sich Geräte und Häuser untereinander absprechen, sagt Ponci. „Denkbar wäre, dass in einer Küche der Kühlschrank erst dann wieder herunterkühlt, wenn der Wäschetrockner daneben fertig ist.“ Ebenso müssten in einem Viertel mit vielen Berufstätigen nicht alle Waschmaschinen am Feierabend laufen, sondern könnten ihren Dienst zeitversetzt tun. Mittags oder nachmittags etwa.
Wie das geht, simuliert die Forscherin am Computer. Dort erkennt sie, wie sich der Stromfluss verändert, wenn zehn Haushalte gleichzeitig waschen oder jemand seine Autobatterie lädt. Fehlt zugleich an einer anderen Stelle Strom oder landet zu viel an einem Ort, weiß Ponci, dass etwas schief läuft. „Zu messen, was im Netz vor sich geht, hilft uns sicherzustellen, dass niemand plötzlich ohne Strom dasteht.“
Eine schwedische Vorzeigestadt
Die elegant in eine schwarz-weiße Hose und einen Cardigan gekleidete Elektrotechnikerin arbeitet seit mehr als zehn Jahren an solchen Systemen. Angefangen hat sie in South Carolina mit intelligenten Stromnetzen auf Schiffen. Damals gab es nur wenige, die sich mit der Schnittstelle zwischen IT und Energie auskannten – ein Grund, warum sie 2009 an die RWTH Aachen geholt wurde. Heute ist sie die einzige Frau am Institut mit einem eigenen Lehrstuhl.
Die Technologie, um Energieabläufe steuern zu können, sei inzwischen weitgehend ausgereift, sagt Ponci. Nun gelte es, die Abläufe noch besser zu verstehen und die Fehlerquote weiter zu senken. Ein gerade entstehender Demonstrationsstandort in Malmös Stadtteil Hyllie soll dabei helfen, auch andere Fragen zu klären. Wie etwa lassen sich Arbeitsprozesse in einer Fabrik so gestalten, dass jederzeit flexibel auf den Energiepreis reagiert werden kann? Und welche neuen Geschäftsmodelle ergeben sich daraus für Versorger?
Technische Fragen seien aber nicht das größte Problem. Der Mensch mache ihr mehr zu schaffen, sagt Ponci. „Menschen akzeptieren neue Technologien nur, wenn diese sehr einfach zu bedienen sind, keine hohen Extrakosten haben und im Alltag einen wirklichen Mehrwert liefern.“ Deshalb haben die Naturwissenschaftler am Eon Energy Research Center inzwischen ein paar Kollegen an ihrer Seite. Es sind Sozialwissenschaftler. Sie sollen jetzt helfen, dass Ferdinanda Poncis Arbeit nach all den Mühen nicht umsonst ist.