Strommarktdesign: Selbstorganisation statt Zentralität?

Strommarktdesign: Selbstorganisation statt Kapazitätsmarkt (Fotos: dpa picture alliance)
Strommarktdesign: Selbstorganisation statt Kapazitätsmarkt (Fotos: dpa picture alliance)
29.01.2015

Smart-Grids, die sich selbst organisieren

Unter Biologen, die Stoff- und Energieströme von Ökosystemen untersuchen, gilt es als Lehrsatz: Systeme sind unter vergleichbaren Rahmenbedingungen umso stabiler, je komplexer sie sind. Je mehr Akteure es gibt, je unterschiedlicher deren Funktionen und Aktionen sind, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System über direkte und indirekte Rückkopplungsmechanismen selbst stabilisiert. Dazu braucht es keine Leitwarte zur Überwachung des Status Quo, keine definierten Zielgrößen und keine zentrale Steuerung – und funktioniert trotzdem.

Das „Ökosystem“ aus Energieerzeugern, -verteilern und -verbrauchern war dagegen zumindest seit der Einführung von Strom- und Gasnetzen weitestgehend zentral gesteuert und vergleichsweise einfach konzipiert: Am einen Ende gab es die Vielzahl der Verbraucher, die sich bei der Entnahme von Energie aus dem Netz in keiner Weise um die Stabilität des Systems kümmern mussten. Am anderen Ende der Leitung steuerten große, zentrale Leitwarten, die Energieerzeugung und –verteilung.

Mit steigendem Anteil von Wind- und Solarstrom an der Stromerzeugung und zunehmender Dezentralität wird die Aufgabe der Leitwarten komplexer. Das ist momentan Stand der Dinge. Lösungsansätze, das System Energieversorgung dennoch stabil zu halten, werden gegenwärtig leidenschaftlich diskutiert. Ein Konzept, das dabei von zahlreichen Akteuren favorisiert wird, sind Kapazitätsmärkte. Das sie technisch machbar sind, steht außer Zweifel. Ihre Wirtschaftlichkeit und ihre Auswirkungen auf die Strompreise werden intensiv diskutiert.

Der "Ökosystem-Blick" auf Kapazitätsmärkte

Da hilft es vielleicht, einmal mit dem „Ökosystem-Blick“ auf die aktuelle Diskussion zu schauen. Kapazitätsmärkte sind dann Konzepte für ein Strommarktdesign, die die Regelmechanismen von einfach strukturierten Systemen auf Systeme mit zahlreichen Akteuren, aber den gleichen wenigen Steuerungen übertragen. Das kann durchaus funktionieren, muss aber nach dem oben Gesagten nicht unbedingt zu der stabilsten Lösung und einem in den Funktionen optimierten Zustand führen.

Ein europäisches Stromnetz ist da – Stichwort stärkere Vernetzung - schon eher zukunftsweisend. Aber wie sieht es mit den vielen dezentralen Erzeugern aus? Brauchen die nicht trotzdem eine zentral steuernde Leitwarte? Nein, sagen jetzt Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation, das geht viel besser mit intelligenten Stromzählern, die die Nachfrage dezentral und selbstorganisierend mit dem Stromangebot abstimmen.

Selbst-regelnde Smart-meter

Solche vollkommen dezentral und ohne Steuersignale des Energieversorgers arbeitenden „smart-meter“ sind – so das überraschende Ergebnis der Systemforscher – durchaus in der Lage, autonom auf Frequenzänderungen im Netz zu reagieren und den Stromverbrauch der angeschlossenen Elektrogeräte selbst zu steuern. Bisher galt das als ausgeschlossen, da viele Geräte nur mit Verzögerung auf kurzfristige Frequenzänderungen im Netz reagieren. Die Forscher konnten jedoch zeigen, dass sich kleinere Schwankungen oftmals innerhalb weniger Sekunden selbst ausbalancieren. Bei größeren Schwankungen ist eine solche Verzögerung sogar sinnvoll.

Zudem könnte der Aufbau einer teuren Kommunikationsinfrastruktur, die Millionen smart-meter mit dem Energieversorger verbindet, eingespart werden. Und letztlich gilt: Wo keine zentrale Leitwarte vorhanden ist, können auch Hacker deren Steuerung nicht angreifen und im schlimmsten Fall komplette Stromnetze lahmlegen. Viele Akteure sorgen auch da für viel Stabilität im Strommarktdesign.

Im Prinzip könnte es so gehen. Aber seit wann reden Ingenieure über Steuerungsaufgaben mit Biologen?

Volker Buddensiek

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