Ambitionierte Ziele wie etwa der European Green Deal, nach dem Europa bis 2050 klimaneutral sein soll, bedürfen konkreter Lösungsansätze. Hierbei gerät besonders der Energiesektor in den Fokus, da ein Viertel der europäischen CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung und -verteilung entstehen. Ein großer Schritt in Richtung CO2-Neutralität ist daher die dezentrale Energiegewinnung aus regenerativen Quellen. Das gesamte Stromnetz auf erneuerbare Energieträger umzustellen – und dafür notwendigerweise auch auszubauen – geschieht jedoch nicht über Nacht. Eine sukzessive Umstrukturierung ist auf innovative Konzepte angewiesen, die die Stromgewinnung und -distribution ganzheitlich nachhaltiger gestalten. Die größten Herausforderungen sind dabei die vermehrte Integration von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in bestehende Stromnetze sowie eine effizientere Nutzung der vorhandenen Energie. Im Sinne eines ganzheitlichen Ansatzes lohnt aber auch ein Blick auf das in Mittelspannungsschaltanlagen eingesetzte Treibhausgas Schwefelhexafluorid (SF6). Wird es mittels innovativer, CO2-neutraler Technologien vollständig ersetzt, entfallen die damit verbundenen Restrisiken bei Entsorgung und Leckage.
Dezentrale, grüne Energieressourcen
Energie gestaltet sich dadurch immer verbrauchernäher. In Deutschland zeigt sich das an der seit Mai 2022 geltenden, neuen Gesetzgebung zum Verbau von Photovoltaikanlagen auf privaten Neubauten. Das Konzept der zentralen Energieversorgung durch ein Kraftwerk wird schrittweise von „Prosumern“ abgelöst, die – wie der Name schon sagt – CO2-neutral Strom produzieren und diesen auch selbst wieder konsumieren. Erzeugt ein selbstsuffizienter Haushalt mehr Strom als er verbraucht, wird dieser ins Verteilnetz eingespeist. Um auch unter diesen Bedingungen eine flächendeckend zuverlässige Versorgung zu gewährleisten, muss das Energienetz an die veränderte Erzeugungslage angepasst und entsprechend ausgebaut werden. Dafür braucht es auch neue Schaltanlagen, die einem nachhaltigen Ansatz gerecht werden.
Alternative Schaltanlagen für den Mittelspannungsbereich
Beim Ausbau des Energienetzes ist es entscheidend, auf zukunftssichere Anlagen zu setzen. Trotz faktisch niedrigem Leckage-Risiko, passt das hochpotente Treibhausgas SF6 nicht ins Gesamtbild eines CO2-neutralen, klimafreundlichen Energienetzes. Das in Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen als Isoliergas verwendete SF6 hat ein 25.200-mal höheres GWP (Global Warming Potential) als CO2. Eine umweltfreundliche Alternative ist dagegen das Isolieren mit reiner Luft in Kombination mit einer Vakuum-Schaltkammer. Wird in Anlagen von Beginn an auf den Einsatz von SF6 verzichtet, entfällt auch das aufwendige Recyclen am Ende des Lebenszyklus der Anlage. In der neuen gasisolierten Schaltanlage RM AirSeT von Schneider Electric kommt für das Schalten eine Kapselung mit reiner Luft in Kombination mit einer Shunt-Vakuum-Schaltung (SVI) zum Einsatz. Konzipiert für die Sekundärverteilung der Mittelspannung, ist diese Ringkabelschaltanlage auf eine Lebensdauer von mindestens 30 Jahren ausgelegt. Damit legt die Anlage einen wichtigen Grundstein für eine nachhaltige Umstrukturierung des Energienetzes. Erste Projekte mit diesem Anlagentyp sind bereits angelaufen: Etwa mit der Netze BW, dem größten Verteilnetzbetreiber im EnBW-Konzern.
Effizienz durch Digitalisierung
Die hohe Resilienz dieser Schaltanlagen fußt zum einen auf ihrer robusten Bauweise, wodurch sie auch rauen Bedingungen standhalten. Zum anderen auf einer smarten Sensorik, die eine digitale Vernetzung ermöglicht und die Funktionsfähigkeit der Anlage, etwa über Klima- und Temperatursensoren, kontinuierlich überwacht. Ein solches Zustands-Monitoring erkennt frühzeitig fehlerhafte Verbindungen oder Feuchtigkeit in der Anlage und trägt so zu einem vorausschauenden Wartungsmanagement bei. Mit einer entsprechenden Software zur Analyse und Auswertung lassen sich die Daten, die über die Sensorik erhoben werden, nutzen, um die Energieverteilung bedarfsorientiert und nutzungseffizient zu gestalten.
Solche digitalen Komponenten und eine hohe Datendurchgängigkeit ermöglichen die Einbindung von Schaltanlagen in eine intelligente Netzmanagementlösung wie EcoStruxure ADMS von Schneider Electric. Diese nutzt Daten von der Feldgeräteebene, um die Erzeugungs- und Verbrauchslage in Echtzeit zu erfassen. So kann auf Grundlage der erfassten Informationen eine Basisrate errechnet werden, um Schwankungen – die bei regenerativen Ressourcen nicht ausbleiben – zu erkennen, vorherzusagen und die Spannungsqualität im elektrischen Verteilnetz aufrecht zu erhalten. Die Auswertung und Aufbereitung unterschiedlichster Daten sorgt für eine größere Zuverlässigkeit des Netzes, eine höhere Effizienz im Betrieb und optimiert den Nutzen der Anlagen. So entsteht durch die gewonnene Flexibilität ein weiteres Puzzlestück für das Gesamtbild einer net-zero-Zukunft.
Fazit
Eine CO2-neutrale Stromversorgung lässt sich nicht kurzfristig umsetzen. Um das 2050er-Ziel zu erreichen, müssen bewährte und innovative Technik sowie digitales Equipment ineinandergreifen. Zusammen sorgen sie Stück für Stück dafür, dass schlussendlich auf fossile Rohstoffe zur Energieerzeugung verzichtet werden kann. Der erste, naheliegendste Schritt ist das Einspeisen dezentraler Energiequellen. Ein Zweiter ist, mit Hilfe digitaler Vernetzung ein smartes Stromnetz aufzubauen, das den Herausforderungen regenerativ erzeugter Energie gerecht wird. Der Einsatz SF6-freier Isoliersysteme im Schaltanlagenbau macht daraus ein ganzheitliches Konzept.
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