Pimp my power grid

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4.406,4 Tera­watt­stunden, das sind rund 16 Prozent der Welt­pro­duk­tion, werden durch die Strom­netze der USA trans­por­tiert. Mit rund 400.000 Kilo­me­tern Hoch­span­nungs­lei­tungen, Tausenden von Umspann­werken und Trafo­sta­tionen sowie über 1.700 Verteil­netz­be­trei­bern ist das US-ameri­ka­ni­sche Strom­netz eines der größten und komple­xesten tech­ni­schen Systeme der Welt. Über 3.000 Unter­nehmen sind an der Strom­ver­sor­gung betei­ligt und liefern einen Energie-Mix, bei dem erneu­er­bare Ener­gien (EE) eine immer größere Rolle spielen. So ist der Anteil der EE von etwa zehn Prozent im Jahr 2010 auf heute über 22 Prozent gestiegen.

Die wich­tigsten Quellen bleiben Solar- und Wind­kraft. Gezielte staat­liche Unter­stüt­zungen, wie beispiels­weise durch den 2022 unter­zeich­neten Infla­tion Reduc­tion Act (IRA), haben bereits zu bedeu­tenden Inves­ti­tionen in diese Tech­no­lo­gien geführt. 2023 verfügten die USA über eine instal­lierte Wind­ka­pa­zität von mehr als 130 Giga­watt und eine instal­lierte Solar­ka­pa­zität von etwa 120 Giga­watt. Und laut der U.S. Energy Infor­ma­tion Admi­nis­tra­tion (EIA) soll der Anteil der Erneu­er­baren im Strommix der USA bis 2050 auf etwa 44 Prozent wachsen.

Mehr Strom durch alte Netze

Doch die hoch gesteckten Klima­ziele treffen auf eine in weiten Teilen veral­tete Infra­struktur. Laut Berichten des US-Ener­gie­mi­nis­te­riums (DOE) und Orga­ni­sa­tionen wie dem National Rene­wable Energy Labo­ra­tory (NREL) stammen Teile der heutigen Strom­netze, wie etwa Über­tra­gungs­lei­tungen und Trans­for­ma­toren, noch aus den 1960er- oder sogar den 1950er-Jahren. Etwa 70 Prozent der Über­tra­gungs­lei­tungen in den USA sind über 25 Jahre alt. Der Ausbau der Über­tra­gungs­netze und die Besei­ti­gung von Netz­eng­pässen sind deshalb die entschei­denden Aufgaben, um die Inte­gra­tion der Erneu­er­baren voran­zu­treiben und die Klima­ziele zu errei­chen.

„Und das betrifft alle Netz­ebenen“, weiß Robert Vary, CEO und Presi­dent von Rein­hausen Manu­fac­tu­ring, und ergänzt: „Von privaten Solar­an­lagen auf dem Haus­dach bis zu großen Offshore-Wind­parks und Solar­parks, es muss künftig immer mehr Strom ins Netz. Verzö­ge­rungen beim Netz­an­schluss, hohe Kosten für die Aufrüs­tung bestehender Systeme und Inef­fi­zi­enzen stellen Hürden dar und stehen deshalb den Wachs­tums­zielen der EE entgegen.“ ( Siehe Inter­view mit Robert Vary).

Hier setzen beispiels­weise Programme zur Moder­ni­sie­rung der Netze wie die Federal-State Modern Grid Deploy­ment Initia­tive oder das Bipar­tisan Infra­struc­ture Law an: Diese Initia­tiven zielen darauf ab, die Netz­ka­pa­zi­täten und die Wider­stands­fä­hig­keit zu erhöhen, und zwar allein durch Moder­ni­sie­rung der bestehenden Infra­struktur und den Einsatz moderner Technik wie netz­ver­bes­sernder Tech­no­lo­gien. Das Ziel: Die Über­tra­gungs­leis­tung des bestehenden Strom­netzes soll so ohne den Zubau neuer Leitungen verdop­pelt werden.

Aussagen der Inter­na­tional Energy Agency (IEA) und des National Rene­wable Energy Labo­ra­tory (NREL) weisen darauf hin, dass die Moder­ni­sie­rung der Infra­struktur, vor allem durch digi­ta­li­sierte Trans­for­ma­toren und Regel­trans­for­ma­toren, eine Schlüs­sel­rolle bei der Verbes­se­rung der Netz­sta­bi­lität spielen könnte. Diese Tech­no­lo­gien ermög­li­chen eine bessere Steue­rung des Strom­flusses und helfen, die Netze flexi­bler und wider­stands­fä­higer gegen Last­schwan­kungen und extreme Wetter­ereig­nisse zu machen.

So hebt die IEA in ihrem Bericht zur Power System Trans­for­ma­tion hervor, dass die Netz­fle­xi­bi­lität durch digi­tale Tech­no­lo­gien verbes­sert werden kann. Trans­for­ma­toren lassen sich über­wa­chen und leisten einen wesent­li­chen Beitrag zur Stabi­lität, Zuver­läs­sig­keit und Resi­lienz der Netze. Das NREL betont darüber hinaus die Möglich­keiten zur voraus­schau­enden Wartung. Mit digi­ta­li­sierten Trans­for­ma­toren können Ausfälle redu­ziert und die Effi­zienz gestei­gert werden. Zudem ist eine konti­nu­ier­liche Über­wa­chung von Betriebs­pa­ra­me­tern möglich. Der Vorteil: weniger Ausfälle und weniger Wartungs­kosten.

Mit digi­talen Trafos die Effi­zienz der Netze stei­gern

Über­al­te­rung ist nicht nur ein Merkmal, das die tech­ni­sche Infra­struktur beschreibt, sondern es trifft auch auf die Situa­tion in den Beleg­schaften der Unter­nehmen im US-Ener­gie­sektor zu. Laut dem 2023 U.S. Energy Employ­ment Report (USEER) des U.S. Depart­ment of Energy stehen viele Beschäf­tigte in tech­ni­schen Posi­tionen im Ener­gie­ver­sor­gungs­be­reich kurz vor dem Ruhe­stand. In den nächsten zehn Jahren gehen den Unter­nehmen viele erfah­rene Spezia­listen und ihr Know-how verloren, die sich ange­sichts des Fach­kräf­te­man­gels nicht einfach ersetzen lassen. Auch hier kann die Digi­ta­li­sie­rung des Trans­for­ma­tors einen wich­tigen Beitrag leisten.

Digi­tale Tech­no­lo­gien spielen also auch in den USA eine zentrale Rolle, um den Über­gang zu einem nach­hal­tigen Ener­gie­system zu beschleu­nigen, indem sie sowohl die Netz­sta­bi­lität als auch die Inte­gra­tion erneu­er­barer Ener­gien unter­stützen. Rein­hausen leistet seinen Beitrag dazu.