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berraschende Erkenntnisse ber erneuerbare Energien und Strungen in Stromnetzen

Wind und Sonne sind umweltfreundliche Stromlieferanten. Da sie jedoch fr eine schwankende Energiezufuhr sorgen, belasten solche erneuerbaren Energien die Stromnetze strker als bislang angenommen. Das geht aus einer Studie hervor, die an der Jacobs University Bremen entstanden und jetzt im renommierten Nature-Journal Scientific Reports verffentlicht worden ist. Wie intensiv diese Belastung ist, hngt jedoch stark vom Aufbau der Netze ab. berraschenderweise zeigt sich ausgerechnet ein bestimmter Typus von Stromnetzen als besonders stabil, von dem die Forscher dies bislang am wenigsten erwarteten.

Frequenzschwankungen im Stromnetz sind an der Tagesordnung. Je mehr erneuerbare Energien eingespeist werden, desto grer ist die Belastung fr das Netz. Es muss nicht nur mit greren Schwankungen fertig werden, sondern auch mit einer zunehmend kleinteiligen, heterogenen und dezentralen Stromerzeugung. In einem Forschungsprojekt an der Jacobs University Bremen unter der Leitung von Dr. Stefan Kettemann, Professor fr Theoretische Physik, sind diese Fluktuationen nun untersucht worden.

Die Ergebnisse zeigen auf, dass die zunehmende Einspeisung von erneuerbaren Energien zu einer Ausbreitung von Strungen fhrt. Kettemann und sein Team haben untersucht, mit welcher Geschwindigkeit und auf welche Weise sich Strungen im Netz ausbreiten. Eines der Ergebnisse der Grundlagenforschung: Selbst kleinste Schwankungen, verursacht etwa durch einen kurzzeitigen Anstieg der Stromeinspeisungen in Bremen, sind ber groe Distanzen messbar, etwa selbst im fast 600 Kilometer Luftlinie entfernten Mnchen. Vor allem aber: Bestimmte Netze sind robuster als andere. Besonders berrascht hat uns, dass baumartig aufgebaute Verteilernetze, die vom Generator bis zum Verbraucher fhren, stabiler gegenber solchen Strungen sind als engmaschige Verbundnetze, in denen die Stromleitungen in vielen Schleifen kreisfrmig zusammengeschlossen sind, sagt Kettemann. Das Gegenteil wre deutlich erwartbarer gewesen. Denn eine Baumstruktur hat schlielich viel eindeutigere und hierarchischere Verbindungslinien als ein kreisfrmiges Netz mit seiner Vielzahl an Maschen und Schleifen.

Die Ursache fr das auergewhnliche Phnomen fanden die Forscher in den unterschiedlichen Schwingungen, den Wellenmoden, beider Netze. hnlich wie bei Orgelpfeifen, deren tiefster Resonanzton mit der Lnge tiefer wird, zeigt sich, dass die Resonanzfrequenzen engmaschiger Verbundnetze mit der Gre des Netzes kleiner werden. Fr baumartig aufgebaute Netze gilt dies nicht. Deren Resonanzfrequenz bleibt mit zunehmender Gre gleich hoch, wodurch sie weniger anfllig fr Strungen sind.

Die Ergebnisse des Projekts wurden jetzt in der Zeitschrift Scientific Reports verffentlicht. Es wurde finanziert vom Bundesministerium fr Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Forschungsinitiative Stromnetze. An ihr ist die Jacobs University ber das Verbundprojekt CoNDyNet (Collective Nonlinear Dynamics of Complex Electricity Grids) mit dem Teams von Stefan Kettemann, Hildegard Meyer-Ortmann, Professorin fr Theoretische Physik, und Gerd Brunnekreeft, Professor fr Energiewirtschaft beteiligt. Verbundpartner sind das Potsdam-Institut fr Klimafolgenforschung (PIK), das Max-Planck-Institut fr Dynamik und Selbstorganisation, das Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) sowie das Forschungszentrum Jlich.

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