Siemens Stromnetze: Mit skalierbaren Innovationen die großen Herausforderungen der Zukunft meistern

Ob Automatisierung in der Industrie, Mobilitätslösungen oder dezentrale Energiesysteme – seit mehr als 150 Jahren steht Siemens für Technologien, die das Leben der Menschen verbessern. Auf dem Weg von einer Berliner Hinterhofwerkstatt zum global agierenden Unternehmen spielten Patente und Schutzrechte immer eine wichtige Rolle: Sie ermöglichen die Entwicklung von Lösungen bis hin zur Marktreife und den Technologietransfer in Kooperation mit anderen innovativen Unternehmen. So ebnen Patente den Weg, um Antworten auf die drängendsten Probleme unserer Zeit zu finden – allen voran den Klimawandel. 

Die Netze im Takt halten

Um die Klimaziele zu erreichen, muss der Anteil an erneuerbaren Energien bei der Stromversorgung deutlich steigen – 100 Prozent sind das Ziel für das Stromnetz der Zukunft. Die Netzbetreiber stellt diese Vorgabe vor große Herausforderungen, denn: Wird Strom aus einer Vielzahl erneuerbarer Energiequellen eingespeist, kann das Netz durch schwankende Frequenzen und Spannungen aus dem Takt geraten.

Wie sichern wir die Stromnetze der Zukunft und verhindern Ausfälle? Dieser Frage gehen seit mehr als zehn Jahren die beiden Siemens-Innovatoren Ulrich Münz und Joachim Bamberger nach. Ihre Lösung: Eine intelligente Software, die die Netze automatisch stabilisiert. Für ihre Innovation erhielten sie 2021 die Auszeichnung „Erfinder des Jahres“. Dazwischen liegen viele Jahre Forschung und Entwicklung, die Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern sowie mehrere Patentanmeldungen.

Freiluftlabor im Allgäu

Mit einem Inselstromnetz in Wildpoldsried haben die beiden klein angefangen. Die Stadt im Allgäu mit ihren rund 2.500 Einwohnern ist bereits seit den 1990er Jahren Vorreiter in Sachen erneuerbare Energien: Photovoltaik-Anlagen sind hier ebenso verbreitet wie Windräder. In Kooperation mit internen und externen Partnern entwickelten die Siemens-Experten in diesem Freiluftlabor ihre Software.

Schnell erkannten sie, dass der Schlüssel in den leistungselektronischen Umrichtern liegt, die die produzierte Energie aus Windkraft oder Solarzellen in netzkonformen Strom umwandeln. Je mehr dieser Wandler an ein Stromnetz angeschlossen sind, desto mehr muss nachgesteuert werden. Joachim Bamberger und Ulrich Münz entwickelten einen Algorithmus, der einem Dirigenten gleich die Orchestrierung Tausender Reglerparameter zu einem harmonisch funktionierenden System gewährleistet. 

Von Wildpoldsried in den Pazifik

Siemens nutzte die Erkenntnisse aus dem erfolgreichen Forschungsprojekt im Allgäu zur Skalierung auf größere Systeme. In Zusammenarbeit mit dem ecuadorianischen Energieministerium und weiteren Partnern setzte das Unternehmen auf den Galapagosinseln sein erstes Microgrid-Projekt mit einer Stromversorgung aus 100 Prozent erneuerbaren Energien um. Das Biosphärenreservat im Pazifik ist ein sensibles Ökosystem. Die Stromversorgung der Hauptinsel Isabela lief dennoch lange Zeit über Dieselgeneratoren, die ihren Treibstoff auf dem Seeweg bezogen – ein riskantes Unterfangen.

Nach nicht einmal zwei Jahren Planungs- und Bauzeit nahm Siemens 2018 ein völlig neues Hybridkraftwerk in Betrieb, das sich allein aus Solarstrom und einem nachhaltig angebauten Biokraftstoff speist. Die komplexe dezentrale Anlagensteuerung ist vollständig digital und lässt sich fernüberwachen. 

Nächstes Ziel: Hawaii

Ulrich Münz arbeitet mittlerweile bei Siemens Technology in Princeton, USA. Das nächste Aufgabenfeld für ihn und sein Team heißt Hawaii. Der Inselarchipel will seine Energieversorgung bis 2045 komplett auf erneuerbare Energien umstellen – eine deutlich größere Herausforderung als die bisher umgesetzten Projekte. Unter Leitung von Siemens evaluiert ein Forschungsverbund derzeit, wie die größte Insel, Big Island, allein mit Wind- und Sonnenenergie versorgt werden kann. Die intelligente Software kommt dabei zunächst in einem virtuellen Zwilling von Hawaii zum Einsatz. Hier können die Energieexperten den Betrieb mit einer immer größeren Anzahl von Umrichtern simulieren und optimieren. Von kleinen Stromversorgungssystemen zu ganz großen – so trägt die in Deutschland entwickelte Technologie zu nachhaltigen Entwicklungen auf der ganzen Welt bei.