Energiewende 01.04.2019, 00:00 Uhr

Urbane Energiewende

Hamburg und Schleswig-Holstein testen, wie die Energiewende in einer Metropole gelingen kann.

Hamburg benötigt als Hafenstadt mit Schwerindustrie viel Strom. Das Küstenland Schleswig-Holstein produziert Strom im Überschuss. Das Verbundprojekt NEW 4.0 verbindet Stadt und Land zu einer Energieregion. Bild: www.mediaserver.hamburg.de/Christian Spahrbier

Hamburg benötigt als Hafenstadt mit Schwerindustrie viel Strom. Das Küstenland Schleswig-Holstein produziert Strom im Überschuss. Das Verbundprojekt NEW 4.0 verbindet Stadt und Land zu einer Energieregion. Bild: www.mediaserver.hamburg.de/Christian Spahrbier

Knapp zwei Millionen Einwohner, eine starke Großindustrie und ein pulsierender Hafen als globaler Handelsumschlagsplatz: Die Hansestadt Hamburg benötigt große Mengen an Energie. Mehr als zwölf Terrawattstunden Strom sind 2017 in der Elbmetropole verbraucht worden. Vor dem Hintergrund der Klimakrise gilt es, diese Energiemengen zukünftig möglichst aus regenerativen Quellen zu decken. Doch als Stadtstaat hat Hamburg schlechte Karten, zu klein ist das Flächenaufkommen im dicht besiedelten Stadtgebiet für Erneuerbare-Energie-Anlagen. Gerade einmal vier Prozent des Strombedarfs kann die Hansestadt derzeit aus erneuerbaren Energien decken.

Anders im benachbarten Schleswig-Holstein: Das Küstenland nutzt in erster Linie Windenergie zur Stromerzeugung – und hat so viel davon, dass das Bundesland in Deutschlands hohem Norden sich rechnerisch schon heute zu 150 Prozent aus erneuerbaren Energien versorgen könnte. Aber eben auch nur rein rechnerisch: Allzu oft stehen die Windräder an der Küste still, weil der erzeugte Strom gar nicht erst ins Netz eingespeist werden kann. Denn im Stromnetz selbst lässt sich Energie nicht speichern – gibt es also keine Abnehmer, müssen Windenergieanlagen abgeschaltet werden, damit die Netzfrequenz stabil gehalten werden kann. 3,3 Terratwattstunden Strom gingen in 2017 auf diese Weise verloren. Zudem ist das Abregeln der Anlagen teuer – mehr als 500 Mio. Euro wurden so in 2017 in der Gesamtheit verursacht. Die Folge: Regenerativ erzeugter Strom, der anderswo dringend gebraucht wird, wird gar nicht erst erzeugt.

Länderübergreifende Kooperation

Die Situation im Norden ist typisch: Im Zeitalter der erneuerbaren Energien stehen sich Erzeugungs- und Verbrauchsregionen gegenüber, immer seltener wird der Strom genau dort erzeugt werden, wo er auch in großen Mengen verbraucht werden kann. Umso näher liegt der Gedanke, beide Regionen enger zu koppeln.

Eröffnung NEW4.0 - Speicherregelkraftwerk Hamburg Curslack am 09.11.2018. Foto: Daniel Reinhardt/Vattenfall

Das Speicherregelkraftwerk Curslack besteht aus 24 Lithium-Ionen-Akkus mit einer Speicherkapazität von 792 Kilowattstunden (kWh). Bild: Daniel Reinhard/Vattenfall

 

Genau diesen Ansatz wählt das Verbundprojekt NEW 4.0 – Norddeutsche EnergieWende. 60 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik haben sich dafür zusammengefunden und erproben seit gut zwei Jahren, wie ein versorgungssicheres Energiesystem aussehen muss, dessen Strom zu vollständig auf erneuerbaren Energien basiert. Rund 100 Teilprojekte werden in der vierjährigen Projektlaufzeit umgesetzt – vom Bau des bislang größten europäischen Batteriespeichers im Jardelund an der dänischen Grenze über die Programmierung einer virtuellen Plattform für die intelligente Koordination industrieller Lasten bis zur Akzeptanzstudie, die die Einstellung der Bürger in der Modellregion erhebt.

Mit NEW 4.0, das bis November 2020 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des SINTEG-Programms gefördert wird, macht Hamburg damit vor, wie eine urbane Energiewende durch das länderübergreifende Zusammenspiel mit einer Erzeugerregion gelingen kann, die der bundesweiten Energiewende um gute zehn Jahre voraus ist.

Aber auch auf Hamburger Boden wird im Zuge des Projekts intensiv an zukunftsfähigen Lösungen für eine stabile Energieversorgung auf Basis von erneuerbaren Energien gearbeitet. Zentrale ist dabei, ein integriertes Gesamtsystem zu entwickeln, in dem sich der Verbrauch dynamisch an die Erzeugung anpassen lässt. Denn die Energieerzeugung selbst lässt sich in einem auf erneuerbare Energien basierenden System nur bedingt steuern, sondern ist vor allem wetterabhängig. Soll die Netzfrequenz trotzdem beständig bei 50 Hertz gehalten und Abregelungen vermieden werden, müssen die Verbraucher flexibler reagieren.

Das Stahlwerk ArcelorMittal braucht große Strommengen. Durch intelligentes Lastmanagement kann dieses Werk zu einem wichtigen Partner der Energiewende werden. Bild: Sandra Meyer

Das Stahlwerk ArcelorMittal braucht große Strommengen. Durch intelligentes Lastmanagement kann dieses Werk zu einem wichtigen Partner der Energiewende werden. Bild: Sandra Meyer

 

Flexibilitätspartner Industrie

In dem Verbundprojekt ist deshalb zwar vor allem Hamburgs Rolle als Lastzentrum von Bedeutung. Doch gerade die in Hafennähe ansässige Großindustrie kann zum wichtigen Partner für die Energiewende werden: Allein das Stahlwerk ArcelorMittal, der Aluminiumhersteller TRIMET und der Kupferproduzent Aurubis verantworten mehr als ein Viertel des Hamburger Jahresstromverbrauchs. Wenn die hier entstehenden Lasten flexibilisiert werden und damit besser auf die regenerative Erzeugung abgestimmt werden können. Derzeit werden deshalb verschiedene Ansätze der Lastflexibilisierung erprobt. TRIMET beispielsweise installiert steuerbare Wärmetauscher an einem seiner Schmelzöfen, ArcelorMittal erprobt unter anderem ein Time-Shift-Verfahren, mit dem sich die Schmelzleistung am Elektrolichtbogenofen auf die Bedingungen auf dem Strommarkt anpassen lässt. Damit können die Industrieunternehmen wichtige Regelenergie liefern und das Stromnetz im Bedarfsfall entlasten.

Der Elektrodenheizkessel in der Hamburger „Karoline“ wandelt Strom in Wärme um, die ins Fernwärmenetz eingespeist wird. Bild: Vattenfall

Der Elektrodenheizkessel in der Hamburger „Karoline“ wandelt Strom in Wärme um, die ins Fernwärmenetz eingespeist wird. Bild: Vattenfall

 

Aber auch auf Seiten der Energieerzeugung macht Hamburg große Schritte nach vorn. So ist am östlichen Stadtrand mit dem Speicherregelkraftwerk im November 2018 eine wichtiger Demonstrationsanlage in Betrieb genommen worden, der Frequenzschwankungen, wie sie durch die volatile Einspeisung erneuerbarer Energien unweigerlich zustande kommen, kurzfristig ausgleichen kann, bevor sie zu Problemen im Stromnetz führen. Dazu koppelt das Speicherregelkraftwerk einen Windpark direkt mit einem kleinen Batteriespeicher mit 720 Kilowatt Leistung, der auf Schwankungen mit so genannter Momentanreserve reagieren soll und durch blitzschnelles Ein- und Ausspeichern die Netzfrequenz beständig bei 50 Hertz hält. Bislang wird diese Momentanreserve in der Regel durch die rotierenden Massen von Generatoren in konventionellen Kraftwerken sichergestellt. Der Versuchsansatz ist also ein wichtiger Schritt hin zu einem Energiesystem, in dem erneuerbare Energien nicht nur Strom liefern, sondern auch die Systemaufgaben konventioneller Kraftwerke übernehmen können. Für das Projekt arbeiten Nordex, Vattenfall und das Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg eng zusammen – ein gutes Beispiel dafür, wie ein Förderprojekt wie NEW 4.0 ganz verschiedene Akteure an einen gemeinsamen Tisch bringt.

Von der Strom- zur Energiewende

Nun braucht es für eine umfassende Energiewende weitaus mehr als umsetzbare Lösungen für eine stabile Stromversorgung. Nur etwa ein Drittel des deutschen Energieverbrauchs geht überhaupt auf den Stromsektor zurück. Die anderen zwei Drittel werden durch die Wärmeversorgung und durch den Mobilitätssektor verursacht – und die gilt es ebenso einzubinden, wenn aus der Stromwende eine echte Energiewende werden soll.

Ein Paradebeispiel für die dringend notwendige Sektorenkopplung ist der Umbau der Hamburger Karoline, eines alten Heizkraftwerks, in eine hochmoderne Power-to-Heat-Anlage mit 45 Megawatt thermischer Leistung. Der im vergangenen Jahr von Vattenfall im Rahmen des Projekts installierte Elektrodenheizkessel kann überschüssigen Strom in Wärme umwandeln und diese ins Hamburger Fernwärmenetz einspeisen. Wichtige Voraussetzung für einen Regelbetrieb der Anlage wäre allerdings der Abbau regulatorischer Hemmnisse, die derzeit noch dafür sorgen, dass sich viele Anlagen zur Sektorenkopplung noch nicht wirtschaftlich betreiben lassen.

Auch diese Fragestellungen spielen für die Energiewende eine wesentliche Rolle, insbesondere für die Energieversorgung in städtischen Ballungszentren. Deshalb können die norddeutschen Bemühungen für ein stabiles und bezahlbares Energiesystem der Zukunft durchaus als Blaupause für andere Regionen in Deutschland und Europa gewertet werden. Der Norden zeigt, wie’s geht – und die Millionenstadt Hamburg macht durch die enge Zusammenarbeit mit seinem nördlichen Nachbarn Schleswig-Holstein einen wichtigen Schritt in Richtung urbaner Energiewende.

Von Sandra Annika Meyer

Sandra Annika Meyer, Öffentlichkeitsarbeit & Akzeptanzförderung NEW 4.0, SandraAnnika.Meyer@haw-hamburg.de

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