Schon heute bilden Stromnetze lebenswichtige Netzwerke, die das Lebensblut moderner Gesellschaften weltweit transportieren: Elektrizität. Es vergeht kaum ein Moment, in dem man nicht unter einer vom Elektronenstrom erleuchteten Lampe sitzt, auf seinem Telefon oder Laptop tippt oder einen Tee oder Kaffee geniesst, der durch die Kraft der Elektrizität erhitzt wurde. Doch in Zukunft werden unsere elektrischen Lebensadern nur noch wichtiger werden. Und warum?

In Zukunft wird das Netz nicht nur Energie transportieren, um Geräte in Haushalten und Industrie zu versorgen. Darüber hinaus wird Strom auch in andere Sektoren fliessen, wie z.B. Verkehr oder Wärme. Aktuell werden noch zwei Drittel der Schweizer Haushalte mit fossilen Brennstoffen beheizt. Ebenso fuhren im Jahr 2022 93 % der Fahrzeuge in der Schweiz mit ölbasierten Kraftstoffen. Die Dekarbonisierung dieser Bereiche ist eine grosse Aufgabe! Eine vielversprechende Strategie, um dieser Herausforderung zu begegnen, ist die Idee der Sektorenkopplung, d.h. die Suche nach intelligenten Wegen, um unsere Verkehrs- und Wärmesysteme so umzugestalten, dass sie mit Strom betrieben werden. Sobald dieser Strom zu 100 % erneuerbar ist, werden auch diese Lebensbereiche nachhaltig sein.

Jetzt, da Sie wissen, wie wichtig unser Stromnetz sein wird, sind Sie vielleicht neugierig zu erfahren, wie wir dieses Netz selbst neugestalten müssen. Im Moment wird das Netz nach einer Denkweise aus der Vergangenheit betrieben, in der Kohle- und Gaskraftwerke, Kernkraftwerke usw. die Bausteine der Stromerzeugung waren. Was war das für eine Denkweise und wie wird sie sich ändern?

Wie Sie sich vorstellen können, weist die Stromnachfrage in unserer Gesellschaft typische Muster auf. Zum Beispiel erreicht die Nachfrage der Haushalte morgens und am frühen Abend ihren Höhepunkt. Um diesen Bedarf zu decken, wurde die Stromerzeugung in den letzten Jahrzehnten in Grundlastkraftwerke und Spitzenlastkraftwerke aufgeteilt. Die Grundlastkraftwerke sind immer eingeschaltet und liefern zuverlässig die benötigte Mindestmenge an Strom. Man denke an grosse Kohle- und Kernkraftwerke. Die Spitzenkraftwerke werden nur bei Bedarf eingeschaltet. Man denke an Gasturbinen.

Was ändert sich also, wenn unsere Stromquellen zu 100 % aus erneuerbaren Energien wie Sonne, Wasser und Wind bestehen? Denken Sie einfach an das Wetter und Sie werden die Antwort kennen: Das Wetter schwankt und die erneuerbaren Energien auch! Wir müssen uns also von der Idee der Basis- und Spitzenkraftwerke verabschieden und kreativer werden. Wichtig ist dabei, dass meistens irgendwo in Europa der Wind bläst oder die Sonne scheint, der Strom muss einfach von dort zu den Verbrauchern verteilt werden. Und deshalb sind die Stromnetze so wichtig!

Eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu bewältigen, ist der Einsatz von maschinellem Lernen zur Optimierung des Netzes. Indem wir sowohl die Nachfrage als auch das Wetter und damit das Angebot vorhersagen, können wir beide Seiten der Gleichung in Einklang bringen und so kostspielige Ungleichgewichte vermeiden. Diese Ideen werden z.B. vom Swiss Data Science Center aufgegriffen, sind aber auch in Branchen wie dem Energiehandel ein aktuelles Thema.

Und wenn Sie kein Fan von ausgefallenen Optimierungsalgorithmen sind, gibt es auch etwas für Sie: Die Schaffung eines öffentlichen Bewusstseins für diese Variabilität der erneuerbaren Energieversorgung kann uns helfen, das Potenzial einer Verhaltensänderung auf unserer Seite als Verbraucher zu nutzen. Dieser Ansatz wurde von mehreren Studententeams im Rahmen des Energy Now! 2.0 Programms, einem Impact Accelerator des Energy Science Center der ETH, untersucht. Möchten Sie mehr erfahren? Besuchen Sie die Finale-Nacht am 7. Dezember!