Strommasten zum Thema Stromnetze; Quelle: BMWi/Holger Vonderlind

© BMWi/Holger Vonderlind

Energiewirtschaftliche Ausgangslage

Technologien zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie zeichnen sich durch hohe Investitionskosten und lange Amortisationszeiten aus. In den nächsten Jahrzehnten wird sich die Struktur der elektrischen Energieversorgung stark verändern. Der kontinuierliche Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere im Bereich Offshore-Wind, führt zu einer weitgehenden geographischen Entkopplung der Stromerzeugung von den Stromverbrauchern.

Gleichzeitig setzt sich durch den zunehmenden Einsatz zum Beispiel von Photovoltaik- und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen die Tendenz zur Dezentralisierung der Stromerzeugung fort. Darüber hinaus wird sich durch die geographische Lage in Europa der Transit von elektrischer Energie durch Deutschland in den nächsten Jahren signifikant erhöhen. Für eine sichere, verlässliche und bezahlbare Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie sind daher neue Technologien und Lösungen notwendig, die zügig entwickelt und in die Anwendung überführt werden müssen.

Um die gewohnte Versorgungssicherheit in der Energieversorgung auch zukünftig zuverlässig zu gewährleisten, muss das Energieversorgungssystem an einen steigenden Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien angepasst werden. Die Bandbreite der erforderlichen technologischen Entwicklungen im Bereich der Stromnetze wird damit zusätzlich erweitert. Ein intelligentes Lastmanagement ist ein wichtiger Lösungsbestandteil bei der Integration fluktuierender Energiequellen. Hierbei wird Strom gezielt dann verbraucht, wenn gerade viel elektrische Leistung zur Verfügung steht, beispielsweise in Starkwindzeiten.

Die bisher passiv gestalteten Verteilnetze müssen entsprechend zu flexiblen und aktiven Netzen, weiterentwickelt werden, die für hohe Anteile erneuerbarer Energien ausgelegt sind. Auch Systemdienstleistungen zur Sicherstellung der Netzqualität müssen zukünftig dezentral durch erneuerbare Energien erbracht werden. Hierfür muss von Grund auf umgedacht werden. Neben der Weiterentwicklung und der Umgestaltung der Energienetze spielen Speicher perspektivisch eine wichtige Rolle zum Ausgleich kurz- und langfristiger Schwankungen in Energiebereitstellung und -bedarf.

Technologieentwicklung und Förderstruktur

Forschung und Entwicklung von neuen Technologien zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie wurden seit 1980 bis vor wenigen Jahren kaum staatlich unterstützt. Dies lag darin begründet, dass die wirtschaftlichen und technologischen Risiken im Vergleich zu den Stromerzeugungstechnologien gering waren und dadurch kein Bundesinteresse für die Förderung zu diesem Zeitpunkt mehr gegeben war. Die Liberalisierung der Energiewirtschaft, die im Wesentlichen erfolgte Trennung von Stromerzeugung und Stromübertragung bzw. -verteilung sowie die Zunahme der fluktuierenden Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energiequellen führten zu einer Neubewertung der mit dem Einsatz neuer Technologien und Lösungen einhergehenden Entwicklungsrisiken. Die Bundesregierung setzt deshalb die notwendigen Rahmenbedingungen, um mit einer Unterstützung von Forschung, Entwicklung und Demonstration solche Entwicklungsrisiken abzufedern und Innovationen zu beschleunigen.

Bereits 2007 wurde das Förderprogramm "E-Energy" gestartet. Hierzu richteten das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) gemeinsam mit der deutschen Wirtschaft sechs Modellregionen ein, in denen zwischen 2008 und 2013 Schlüsseltechnologien und Geschäftsmodelle für den Aufbau von intelligenten Stromnetzen, sog. Smart Grids, erforscht, entwickelt und erprobt wurden. Der Abschlussbericht zum Technologieprogramm E-Energy zeigt auf, dass mit dem verstärkten Einsatz von IKT in der Energiewirtschaft neue Märkte und Geschäftsmodelle für Unternehmen entstehen können, zum Beispiel bei der Direktvermarktung der erzeugten Energie aus vielen kleinen Anlagen oder bei der Vermarktung von Flexibilitäten im Energieverbrauch.

Das im Jahr 2010 veröffentlichte Förderkonzept "Netze für die Stromversorgung der Zukunft" des BMWi, das im 6. Energieforschungsprogramm weiter geführt wird, umfasste das Gesamtsystem von der Netzeinspeisung über die Übertragung und Verteilung bis hin zur Nutzung der elektrischen Energie. Dabei ist das Zusammenwirken mit den anderen Förderschwerpunkten des Energieforschungsprogramms wichtig.

Im Januar 2013 hat das BMWi gemeinsam mit dem BMUB und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine Förderinitiative "Zukunftsfähige Stromnetze" im Rahmen des Energieforschungsprogramms gestartet. In dieser Initiative wurden insgesamt 306 Vorhaben ausgewählt, wovon 242 mit über 100 Millionen Euro von BMWi gefördert werden. Damit wurden zusätzlich Aspekte der Grundlagenforschung, der Aus- und Weiterbildung von jungen Wissenschaftlern und Ingenieuren sowie netzspezifische Anforderungen von Photovoltaik- und Windkraftanlagen adressiert.

Über den Verlauf der Forschungsprojekte der Verbünde wird auf dem gemeinsamen Internetportal des Bundeswirtschaftsministeriums und des Bundesbildungsministeriums forschung-stromnetze.info seit Januar 2015 regelmäßig und ausführlich berichtet.

Das Forschungsnetzwerk Stromnetze wurde im Mai 2015 ins Leben gerufen und wird zu Beginn des Jahres 2017 neu strukturiert, um den Aufgaben der Zusammenarbeit und des Austauschs der Forschungsakteure gerecht zu werden. Ziele der Forschungsnetzwerke sind unter anderem die Erhöhung der Transparenz der Forschungsaktivitäten sowie die Beförderung der Qualitätssicherung.

Strategisch wichtige Förderbereiche

Der Förderschwerpunkt "Netze für die Stromversorgung der Zukunft" umfasst ein breites Themenspektrum. Folgende Felder von Forschung und Entwicklung sind von besonderer Bedeutung:

  • Komponenten und Betriebsmittel für Übertragungs- und Verteilernetze,
  • Netzbetriebsführung, Modellbildung, Design und Überwachung,
  • Demonstrationsmaßnahmen,
  • Netzplanung, Systemverhalten und Systemsicherheit.

Das BMWi fördert zudem insbesondere Forschungsprojekte, die zum Ziel haben, das Energieversorgungssystem optimal auf einen Hauptanteil erneuerbarer Energien auszurichten.

Im Frühjahr 2015 veröffentlichte das BMWi aufgrund des großen identifizierten Forschungsbedarfs zusätzlich einen befristeten Förderaufruf zum Thema „Leistungselektronik“. Dieses Angebot zur gezielten Forschungsförderung wurde sehr gut angenommen und es wurden 16 Vorhaben ausgewählt.

Weitere Themenbereiche

Forschung und Innovation im Netzbereich werden in  der Plattform "Energienetze" des BMWi thematisiert. Wichtige Akteure aus der Energiewirtschaft und der Wissenschaft informieren über eigene Aktivitäten und diskutieren neue technologische Optionen. Dieser Dialog gibt Anstöße zur Weiterentwicklung der Energieforschungspolitik in diesem Bereich. Darüber hinaus wird erörtert, wie Rahmenbedingungen Innovationsprozesse beschleunigen können und neue Technologien möglichst zügig in marktfähige Produkte entwickelt werden können.