Prof. Dr. Simone Göttlich sucht nach Lösungen für das Stromnetz der Zukunft / Foto: Simon Hofmann

Wie gelingt die Energiewende?

Ein Forscherteam der Universität Mannheim erstellt mathematische Prognose­modelle, wie sich der Bedarf an Strom im Jahresverlauf entwickelt, um das Stromnetz der Zukunft optimal zu gestalten. Das Projekt wird vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für drei Jahre gefördert.

Erneuerbare Energien decken inzwischen über ein Drittel der Stromversorgung ab. Die schrittweise Umstellung von Kohle und Kernkraft auf Sonne, Wind und Biomasse bringt Veränderungen für Wirtschaft und Verbraucher mit sich. Ein Beispiel: Erneuerbare Energien sind volatil und die Versorgung schwankt je nach Wind- und Sonnenstärke. Um an Spitzentagen teure Zukäufe aus dem Ausland zu vermeiden, kann mithilfe von Prognose­modellen ermittelt werden, wie sich der Strombedarf im Laufe des Jahres staffelt. Ein solches Modell entwickelt derzeit die Mannheimer Mathematikerin Prof. Dr. Simone Göttlich. Sie ist Sprecherin eines Konsortiums, das vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms „Mathematik für Innovationen“ mit einer Million Euro gefördert wird. Dem Konsortium gehören neben der Universität Mannheim drei weitere Forschungs­einrichtungen sowie vier Wirtschafts­unternehmen an.

„Das jetzige Stromnetz ist gnadenlos überlastet“, erklärt Göttlich. „Es treten bis zu hundert Störfälle am Tag auf und es ist nur eine Frage der Zeit, bis das gesamte Stromnetz kollabiert.“ Entscheidend sei es daher, schon im Vorfeld zu wissen, an welchen Tagen das Stromnetz maximal ausgelastet und an welchen die Nachfrage besonders niedrig sein wird. Wieviel gibt das Netz her und wo liegen die Grenzen? Um eine balancierte Versorgung zu gewährleisten, sei es notwendig, Strom zwischenzuspeichern. Bislang habe sich aber keine Technologie dafür durchgesetzt. „Wir haben den Ausstieg aus der Kernenergie besiegelt und müssen jetzt zusehen, wie wir in den nächsten Jahren diese Wende optimal gestalten“, sagt die Mathematikerin.

Eine neue Idee ist es, Strom in Gas umzuwandeln, um das gut ausgebaute Gasnetz in Deutschland zu nutzen. Die so genannten Power-to-Gas-Anlagen seien aber noch viel zu teuer – daran tüfteln zurzeit die beteiligten Wirtschafts­unternehmen. Wie viele solcher Anlagen theoretisch benötigt würden, errechnen die Mathematiker der RWTH Aachen und der Universität Mannheim mit Hilfe von komplexen Modellen und Simulations­methoden. „Es ist ein neues Forschungs­feld, das erst im Zuge der Energiewende entstanden ist“, so Göttlich.

Das gesamte vom BMBF geförderte Projekt besteht aus vier Teil­projekten. Das Kernelement des Vorhabens ist die Kopplung von Netz und Markt – also von zwei Ebenen, die bislang separat analysiert wurden. Zwei weitere Teil­projekte an der Technischen Universität Kaiserslautern und am Fraunhofer- Institut für Techno- und Wirtschafts­mathematik beschäftigen sich mit der Entwicklung der Strompreise an der Börse. Dass Ökonomen, Mathematiker und Techniker so eng kooperieren, ist neu. Bislang haben sich Experten entweder nur um den Handel am Strom­markt gekümmert oder um die technischen Aspekte des Netzes.

Text: Yvonne Kaul / Oktober 2018