Stromnetzstabilität: Virtuelle Schwungmassen können Stromnetz stabilisieren

Die Herausforderung der Netzstabilität im Wandel

Das europäische Stromnetz basiert auf einem präzisen Gleichgewicht: Die Netzfrequenz muss konstant bei 50 Hertz gehalten werden. Traditionell übernehmen große rotierende Massen – etwa die schweren Turbinen in konventionellen Kraftwerken – eine entscheidende Pufferfunktion. Durch ihre physikalische Trägheit verhindern sie, dass die Frequenz bei plötzlichen Leistungsänderungen sofort stark ansteigt oder abfällt. Diese wertvollen Sekunden der Verzögerung sind essenziell, um Zeit für das Hochfahren von Reservekapazitäten oder das Abregeln anderer Erzeuger zu gewinnen.

Mit der Energiewende und dem zunehmenden Ersatz fossiler Kraftwerke durch Wind- und Solarparks geht diese natürliche Trägheit jedoch verloren. Erneuerbare Energiequellen besitzen keine rotierenden Massen im klassischen Sinne. Wie der Blackout in Spanien im Jahr 2025 verdeutlichte, kann ein instabiles Netz schwerwiegende Folgen haben: Sinkt oder steigt die Frequenz zu stark, drohen großflächige Netzabschaltungen, deren Wiederaufbau Stunden oder gar Tage in Anspruch nehmen kann.

Digitale Trägheit durch Superkondensatoren

Um diese Lücke zu schließen, suchen Experten nach technologischen Alternativen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung virtueller Schwungmassen. Ein aktuelles Forschungsprojekt der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Dresden untersucht, wie sogenannte Superkondensatoren diese Aufgabe übernehmen können. Diese Komponenten zeichnen sich durch eine extrem hohe Speicherkapazität und besonders kurze Reaktionszeiten aus.

Das Konzept sieht vor, bis zu 100.000 solcher Hochleistungskondensatoren zu einem Gesamtsystem zu bündeln. Diese können in Sekundenbruchteilen Energie ins Netz einspeisen oder überschüssige Leistung aufnehmen. Damit fungieren sie als digitaler Puffer, der die Zeit überbrückt, bis trägere Systeme wie Großbatterien oder Reservekraftwerke vollständig reagieren können. Im Gegensatz zu konventionellen Turbinen benötigen diese Speicher keine mechanische Bewegung, um eine stabilisierende Wirkung zu entfalten.

Überwachung und Kompensation als Schlüsseltechnologie

Damit ein System aus zehntausenden Einzelkomponenten zuverlässig funktioniert, ist eine hochpräzise Steuerung erforderlich. Die Dresdner Forscher entwickeln hierfür ein spezielles Überwachungssystem. Jedes Modul wird mit Diagnosesoftware ausgestattet, die Lade- und Entladevorgänge in Echtzeit analysiert und Alterungsprozesse überwacht.

Ein begleitendes Computermodell simuliert das Verhalten des Gesamtsystems unter verschiedenen Netzbedingungen. Ein wesentlicher Vorteil dieses digitalen Ansatzes ist die Ausfallsicherheit: Sollten einzelne Kondensatoren defekt sein, kann das System durch interne Umschaltungen reagieren. Die Leistungsfähigkeit des Speichers bleibt auf diese Weise erhalten, ohne dass die Netzstabilität gefährdet wird. Die Projektlaufzeit ist bis November 2027 angesetzt.

Perspektiven für das zukünftige Stromnetz

Die Entwicklung virtueller Schwungmassen ergänzt bereits existierende Ansätze wie rotierende Phasenschieber, die ebenfalls ohne Kraftwerksturbinen auskommen. Sollte sich die Technologie der Superkondensatoren in der Praxis bewähren, könnten sie in einem zukünftigen, vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Stromnetz die Rolle der klassischen Schwungmassen übernehmen.

Die technische Umsetzung gilt als realistisch, da bereits heute netzbildende Wechselrichter existieren, die ähnliche Aufgaben in kleinerem Rahmen erfüllen. Die Kombination aus intelligenter Softwareüberwachung und leistungsfähiger Hardware könnte somit der entscheidende Schritt sein, um die Stabilität des Stromnetzes auch ohne fossile Großkraftwerke dauerhaft zu gewährleisten.