Das Energienetz der Zukunft

Es sind Solarparks, Windräder und auch Biogasanlagen, die das Landschaftsbild im 21. Jahrhundert mitprägen. Sie sind Indikator der Energiewende und läuten das Ende traditioneller Stromerzeugung durch Kohle- und Atomkraft ein. Was in der Theorie gut klingt, ist in der Praxis noch nicht ausgefeilt. Marcel Hallmann möchte das ändern. In seiner Doktorarbeit beschäftigt sich der wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Elektrotechnik mit der Frage, wie die alternative Energie gespeichert werden kann, damit wir auch in Zukunft über ein stabiles, nachhaltiges Stromnetz und bezahlbare Energie verfügen können.

Text: Carolin Maier

Schnellen Schrittes bewegt sich Marcel Hallmann von seinem Büro in Haus 8 zur Laborhalle 18. Einmal quer über den Campus der Hochschule Magdeburg-Stendal. Alltag für den 32-jährigen Doktoranden. Sein Arbeitsplatz wechselt zwischen Büro und Laborhalle, zwischen Theorie und Praxis. Hallmann promoviert als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrotechnik. Der Campus, die Einrichtungen, vor allem aber sein Forschungsgebiet sind für den jungen Wissenschaftler kein unbekanntes Terrain. Vier Jahre nach seinem Abschluss im Studiengang Elektro- und Informationstechnik kehrt er als Doktorand an seine Alma Mater zurück. „Wieder hier zu sein und meine Promotion an dem Ort durchzuführen, an dem meine akademische Laufbahn begonnen hat, ist ein tolles Gefühl“.

Es ist das Energienetz der Zukunft, das ihn umtreibt und womit er sich in seiner Dissertation befasst. Beim Thema Strom ist der Doktorand ganz in seinem Element: „Das konventionelle Energienetz, wie wir es kennen, ist im Umbruch“. Der Ruf nach alternativer Energie aus Solar-, Wind- und Wasserkraft wird lauter. Dahinter stecke nicht nur ein Wunsch, sondern eine Notwendigkeit, denn „die Energiewende ist längst beschlossen“, merkt Hallmann an. „Alle Kernkraftwerke werden bis zum Jahr 2022 abgeschaltet, bis 2038 die Kohlekraftwerke.“ Bis dahin liegt noch ein langer Weg vor uns, das weiß auch der 32-Jährige, der mit den Ergebnissen seiner Promotionsarbeit an einer Lösung forscht.

Das Netz im Netz

Schon früh galt Hallmanns Interesse der Elektrik. Nach seiner Ausbildung zum Elektroanlagenmonteur war er als Messtechniker für Biogasanlagen tätig, bis er sich für das Studium entschied. Der Wunsch, tiefer in die Materie einzutauchen sowie eine zufällige Begegnung in der Mensa führten Marcel Hallmann zu Przemyslaw Komarnicki, Professor für Elektrische Energieanlagentechnik am Institut für Elektrotechnik, und somit in die Forschung. Hallmanns Schwerpunkt sind Speichersysteme, um die Energie regenerativer Quellen zu speichern. Denn „die Durchdringung von erneuerbaren Energien ohne Batteriespeicher ist haltlos, man kommt nicht daran vorbei“. Unser energetisches Netz laufe in Echtzeit, beschreibt Marcel Hallmann. „Es muss immer in Balance sein. Scheint die Sonne sehr viel, entsteht eine Überproduktion, das Energiesystem gerät in Ungleichgewicht.“ Im konventionellen Netz werden in diesem Fall Brennöfen heruntergefahren. Der Ausbau erneuerbarer Energiequellen erfordere aber ein Umdenken – weg von global gesteuerten Kraftwerken hin zu einer dezentralen Energieversorgung. Microgrid nennt sich dieser Ansatz, mit dem sich Hallmann beschäftigt. Ein kleineres Stromnetz, das sich aus Erzeuger, Verbraucher und zunehmend Speichern zusammensetzt und autark agieren kann.

Steckbriefe erstellen

Für Hallmann ist ein Elektroauto weit mehr als nur Mobilität. Beim Blick nach links und rechts hat er die Forscherbrille stets auf: „Wir sind umgeben von Energiespeichersystemen. Es gibt nicht nur die klassischen Batterien. Es gibt Elektroautos oder Pumpspeicher, die genutzt werden sollten.“ Nutzen heißt in dem Fall, die überschüssige Energie von Windkraftanlagen & Co. zu speichern. In Zukunft könnten also ruhende E-Autos als zusätzliche Energiespeicher fungieren und bei Überproduktion Abhilfe schaffen. Hallmann zeigt auf einen großen grauen Schrank: „Mit einem bidirektionalen Batterietestsystem wie diesem teste ich die Fahrzyklen eines E-Autos. Damit kann ich Energie in beide Richtungen schieben“. Verschiedenste Test- und Prüfverfahren müssen von Hallmann entwickelt werden, um die unterschiedlichen Speichersysteme zu bewerten und deren Eignung für den Einsatz in Microgrids festzustellen. „Am Ende habe ich verschiedene Steckbriefe der einzelnen Speicher, auf deren Grundlage ich teste, wie sie sich in einem Stromnetz mit Erzeugern und Lasten bestmöglich kombinieren lassen“.

Vom Geben und Nehmen

Einen Eindruck davon, womit sich Hallmann beschäftigt, vermittelt das Labor in Halle 18. Dort befinden sich ein großer Datenspeicher und ein 200 Kilowatt Teststand, die für ein leises Brummen und eine hohe Raumtemperatur sorgen: „Hier kann es schnell mal über 40 Grad heiß werden.“ Davon lässt sich Marcel Hallmann nicht abschrecken. Als gelernter Elektroanlagenmonteur greift er hin und wieder selbst zu Schlüssel und Zange. „Ich verbringe meine Forschung nicht nur am Schreibtisch, sondern sitze auch mal in einer Anlage und verdrahte Komponenten“. Das nützt nicht nur ihm selbst, sondern auch den Studierenden, die er in Laborversuchen schult. Neben der Hochschule profitieren auch  Studierende der  Universität in Breslau  von Hallmann, wo er Vorlesungen zu Energiespeichern hält. Unterstützung bekommt Marcel Hallmann wiederum von seinem Doktorvater Przemyslaw Komarnicki, der Mitglied im Promotionszentrum „Umwelt und Technik“ ist. Einmal im Monat diskutieren sie innerhalb des Promotionskolloquiums die Ergebnisse, aber auch „bei gemeinsamen Mittagspausen“ wird hin und wieder gefachsimpelt. Mit diesem Input möchte der Doktorand  Erkenntnisse liefern, um in Zukunft den „Spagat zwischen Verfügbarkeit und Bezahlbarkeit von Energie“ zu schaffen."

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