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Forscher entwickeln mathematische Methode zur Stabilisierung von Stromnetzen bei schwankender Einspeisung

(Source: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschun, 2015-07-20)

Wenn ein Rhythmus stockt, kann der Effekt fatal sein – in einem Stromnetz kann es einen Stromausfall bedeuten, bei einem menschlichen Herz sogar den Tod. Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat nun einen neuen Ansatz entwickelt, um gegen diese unerwünschten Zustände vorzugehen.

Sie nutzten dazu eine innovative mathematische Methodik und überprüften diese in Experimenten mit chemischen Reaktionen. Dies könnte zur Stabilisierung von Stromnetzen beitragen, in die unregelmäßig Strom aus erneuerbaren Quellen eingespeist wird, berichtet das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).
„Viele Systeme sind angewiesen auf winzige Vor- und Rückwärtsbewegungen in einem bestimmten Rhythmus, wie in der Musik – wir nennen das Oszillation“, erklärt der Leiter der Forschungsgruppe, Jürgen Kurths. „Wenn nun der Rhythmus gestört wird, kann das System nicht richtig weiterarbeiten. Daher das Interesse, Wege zu finden, um den Rhythmus wieder herzustellen.“

 Solar- und Windstrom: Schwankende Einspeisung


Ausgangspunkt für die Wissenschaftler war die Stabilität von Stromnetzen. Wechselstrom in Stromleitungen schwingt mit einer bestimmten Frequenz. Diese kann gestört werden, wenn die Stromzufuhr sich von einem Moment zum anderen ändert, zum Beispiel beim Einspeisen von Solar- oder Windstrom.

Um diese Belastung der Stromnetze und Stromausfälle zu vermeiden, sind neue Ansätze zur Stabilisierung gefragt. Die jetzt entwickelte Methode sei hoch innovativ, betonen die Forscher. „Das Prinzip ist ziemlich einfach, aber die Mathematik dahinter ist es keineswegs“, sagt István Kiss von der Saint Louis University in den USA. „Wir konnten zeigen, dass die Theorie in einem praktischen Experiment angewendet werden kann, in dem die Rhythmizität in einem kleinen Netzwerk von Strom erzeugenden chemischen Reaktionen wieder hergestellt werden kann.“

 Verzögerung des Impulses kann gestörten Oszillationen wieder herstellen


„Wir zeigen, dass eine gewisse Verzögerung des Impulses, der etwa in einem Stromnetz von einem Element des Systems zum anderen geht, die vorher gestörten Oszillationen wieder herstellen kann“, sagt Wei Zou von der Huazhong University of Science and Technology in China.
„Selbst eine schwache Abweichung kann einen großen Unterschied machen. Ich muss gestehen, dass wir selbst überrascht waren, wie einfach und robust unsere Methode ist. Jetzt hoffen wir, dass sie die Tür zu zukünftiger Forschung im Bereich komplexer Systeme öffnet, und letztendlich Anwendungen in vielen Bereichen anregt, von der Biologie über das Ingenieurwesen bis zu den Sozialwissenschaften.“

 



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