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Blick ins Netz der Zukunft

Simulation enthüllt verblüffende Fähigkeiten zur Selbstorganisation

Die Göttinger Forscher haben ein in ihrer Studie feinmaschiges Netz von kleinen Erzeugern und Stromverbrauchern simuliert. Ihr Computermodell berechnet das Netz eines ganzen Landes – in diesem Falle Großbritanniens – und berücksichtigt gleichzeitig die Schwingungen aller an das Netz angeschlossenen Generatoren und Motoren. Diese Verbindung aus Detailtiefe und Netzgröße ist neu. Zuvor war die Dynamik des mit 50 Hertz schwingenden Wechselstroms in der Regel nur für kleine Netze simuliert worden.

Zentrales Netz (links oben) und dezentrales, von vielen kleineren Stromerzeugern gespeistes Netz der Zukunft. © MMCD nach MPI für Dynamik und Selbstorganisation

Simulationen großer Netzwerke gab es zwar auch bereits, diese machten meistens aber nur Vorhersagen über statische Eigenschaften des Netzes, etwa wie viel Strom von A nach B übertragen wird. Die Schwingungen der Generatoren und Motoren ließen diese Modelle außen vor. „Unser Modell ist gerade aufwendig und umfassend genug, um kollektive Effekte in einem komplexen Netzwerk zu simulieren und, was ebenso wichtig ist: Es ist einfach genug, um die Effekte auch zu verstehen“, sagt Dirk Witthaut, Mitarbeiter des Teams.

Die Forscher simulierten für ihre Studie viele verschiedene zukünftig mögliche Netze mit jeweils anderer Struktur. Die Stromnetze bestanden aus verschiedenen Mischungen von großen und kleinen Generatoren, sowie Leitungen unterschiedlicher Kapazitäten – gewissermaßen Feldwegen und Autobahnen für den elektrischen Strom. So konnten die Wissenschaftler Unterschiede zwischen zentral und dezentral organisierten Stromnetzen erforschen. In verschiedenen Tests ließen die Forscher dann virtuell Strom durch diese Leitungen fließen – mal mehr, mal weniger.

Viele Kleine synchronisieren sich selbst

Überraschendes Ergebnis dieser Simulation: Wenn viele kleine Generatoren im Netz dominieren, synchronisieren sie sich von selbst untereinander und mit den Motoren – ähnlich wie bei vielen getakteten Rhythmen der Natur. Witthaut erklärt den Effekt so: „In dem feinmaschigen Netzen ist jeder Motor mit jedem anderen verbunden. Dadurch ’spürt‘ sozusagen jeder Motor alle anderen Motoren und stellt sich auf eine Art Durchschnittsschwingung ein, die sich als Mittelwert der Schwingung aller anderen Motoren ergibt.“ Voraussetzung dafür sei allerdings, dass die Verbindungsleitungen eine gewisse Kapazität überschreiten. Je größer die Kapazitäten der Leitungen, desto besser funktioniere diese kollektive Einigung auf eine gemeinsame Schwingung.

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Marc Timme, Dirk Witthaut / Max-Planck-Gesellschaft
Stand: 14.09.2012

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Stromnetz: Dezentral im Gleichtakt
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Im europäischen Takt
Warum die genau abgestimmte Frequenz so wichtig ist

Blick ins Netz der Zukunft
Simulation enthüllt verblüffende Fähigkeiten zur Selbstorganisation

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