ON/OFF

Seit November 2017 steht das Technische Museum Wien unter Strom. Die neue interaktive Ausstellung ON/OFF behandelt auf 500 qm die wichtigsten Fragen rund um das österreichische Stromnetz der Gegenwart und Zukunft. Woher kommt unser Strom? Was ist am österreichischen Stromnetz so besonders? Welche Rolle spielen erneuerbare Energien und warum wird in Österreich kein Strom aus Kernenergie erzeugt? 

Energiewende – Dieses Thema wird uns die nächsten Jahre immer mehr begleiten. Uns allen ist bewusst, dass fossile Rohstoffe zur Neige gehen und der Abbau von Kohle und das Fördern von Erdöl in naher Zukunft nicht mehr rentabel sein werden. Es ist hoch an der Zeit, Vorsorge zu treffen, um fossile Brennstoffe durch alternative Energien zu ersetzen. Vor allem aber muss der CO2-Ausstoß nachhaltig gesenkt werden, denn durch das Verbrennen kohlenstoffhaltiger Energieträger gelangen Millionen Tonnen an Kohlenstoffdioxid in die Luft, das dann in der Atmosphäre als Treibhausgas wirkt – und die negativen Folgen des Treibhauseffektes sind bereits weltweit zu beobachten.

Seit Jahren werden in multinationalen Konferenzen völkerrechtlich bindende Klimaziele beschlossen, doch gleichzeitig „verabschieden“ sich manche Länder von einer sinnvollen und nachhaltigen Klimapolitik. Manche Staaten setzen weiterhin auf die Förderung der Kohle im eigenen Land, was wirtschaftlich zwar kurzfristige Vorteile bringt und die Abhängigkeit von Zuliefererstaaten reduziert, jedoch weltweit die kommenden Generationen durch Klimakatastrophen belastet. Auch der Ausbau von Nuklearenergie löst das Problem der Energieversorgung nicht, sondern birgt große Risiken. Atomkraft kann als „Kohlendioxid-Kosmetik“ betrachtet werden, denn abgesehen von der hervorragenden CO2-Bilanz treten hier Probleme auf, die bei genauerer Betrachtung den Einsatz von Kernkraft zur Energieerzeugung absolut kontraproduktiv erscheinen lassen.
Es besteht also dringender Handlungsbedarf, auf fossile Energielieferanten zu verzichten und stattdessen auf Wasser-, Sonnen- und Windkraft zu setzen, um die vermeintliche Notwendigkeit der Verwendung von Kernkraft auszuschließen. Wie sieht die Situation in Österreich aus? Ist es eine „Insel der Seligen“, das bei erneuerbaren Energien schon sehr gut aufgestellt ist?

Die Ausstellung ON/OFF behandelt Fragen rund um das österreichische Stromnetz der Gegenwart und Zukunft. Die neun Ausstellungskapitel sind als Themeninseln gestaltet, die jeweils einen speziellen Bereich behandeln und in beliebiger Reihenfolge besucht werden können. Die Besucher haben so die Möglichkeit, ganz nach den eigenen Interessen individuelle Schwerpunkte zu setzen. Die einzelnen Kapitel enthalten einen Mix aus Ausstellungsobjekten, interaktiven Hands-On-Stationen, Text, Bild und Grafik. Diese Ausstellungselemente erklären die technischen Grundlagen, den gesellschaftspolitischen Kontext der Technologien und geben Informationen rund um die Relevanz des Themas für unser tägliches Leben.

On/Off - Ausstellungsansicht ©Foto: Technisches Museum Wien

Aufgang zur Steuerungszentrale: Hier wird das Zusammenwirken aller Möglichkeiten zur Stromerzeugung, -verteilung und -speicherung spielerisch ersichtlich. / Foto: © Technisches Museum Wien

 

Das Stromnetz

Die Museumsabteilung „Energie“ spannt einen weiten Bogen von den Anfängen der Nutzbarmachung von Wasserkraft und Sonnenlicht über das Zeitalter der Dampfmaschinen bis in die Gegenwart und zeigt auf, dass der Energiehunger ein elementares Bedürfnis moderner (urbaner) Menschen ist. Die neue Ausstellung ON/OFF knüpft hier an und konzentriert sich dabei auf den elektrischen Strom – und die dafür notwendige Basis, das Stromnetz.

Jede der Themeninseln ist ein „Teilnehmer“ im symbolischen Stromnetz, das die Ausstellungsteile verbindet und zueinander in Beziehung setzt. Im Stromnetz gibt es Quellen und Senken elektrischer Energie: Quellen sind üblicherweise Kraftwerke, die Strom in das Netz einspeisen. Senken sind beispielsweise die Nutzer, die im Haushalt elektrische Energie konsumieren. Eine Sonderstellung nehmen Speicher ein: Sie sind sowohl Quellen als auch Senken, da sie Energie genauso abgeben wie aufnehmen können.

Das Stromnetz wird in einer übergeordneten Ebene in der Ausstellung sichtbar: Jedes der Kapitel ist mittels interaktiver Lichtröhren mit der sogenannten „Steuerungszentrale“ verbunden. Diese Verbindungen symbolisieren, ob und wie viel Energie von oder zu diesem „Knoten“ fließt. Zur Verknüpfung aller Teilnehmer wird das Konzept der Ringleitung angewendet. Die Netzteilnehmer sind an diese „Stromautobahn“ angebunden und liefern bzw. entnehmen elektrische Energie.

Im Stromnetz müssen zu jedem Zeitpunkt Erzeugung und Verbrauch exakt übereinstimmen. Ist das nicht der Fall, kann es zu Blackouts kommen. Aufgrund der möglichen Überlastung der Leitungen kann nicht beliebig viel Strom ins Netz eingespeist werden. Der überschüssige Strom muss rasch weitergeleitet werden, am besten zu einem geeigneten Verbraucher. Wenn allerdings zu viel elektrische Energie aus dem Netz entnommen wird, kann die Versorgung zusammenbrechen, da die momentan geforderte Leistung nicht bereitstellbar ist. Diese Steuerungszentrale ist das technische Herzstück der neuen Ausstellung. Es ist die Aufgabe der Besucher, im Rahmen eines Computerspiels für den Ausgleich aller Energieflüsse im Stromnetz zu sorgen. Die Einspeisung von erneuerbaren Energiequellen wie Strom aus Windkraft und Sonnenenergie ist nicht steuerbar und oft nur ungenau vorhersehbar. Das erschwert die Übereinstimmung von Erzeugung und Verbrauch und stellt eine der wesentlichen Herausforderungen in unserem derzeitigen und zukünftigen Stromnetz dar.

On/Off - Speicherbox ©Foto: Technisches Museum Wien

Die „Speicherbox“ in der Ausstellung zeigt die Möglichkeiten der Stromspeicherung. / Foto: © Technisches Museum Wien

 

Infrastruktur

Elektrische Energie muss von der Erzeugung zum Verbrauch transportiert werden. Um das in ausreichender Menge und Zuverlässigkeit durchführen zu können, braucht es eine wohldurchdachte technische Infrastruktur. Stromnetze sind in der Errichtung aufwendig und teuer. Sie unterliegen langen Planungs- und Lebensdauern. Sie müssen bei jeglichen Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren und dürfen auch bei Fehlern nur teilweise ausfallen. Ein überregionales Blackout stellt aufgrund der vielfältigen Nutzung von elektrischer Energie heutzutage ein großes Problem dar und sollte auf jeden Fall vermieden werden.

Um elektrische Energie möglichst verlustfrei über weite Strecken zu transportieren, wird sie auf hohe Spannungen gebracht. Im österreichischen Stromnetz gibt es sieben Netzebenen, von denen vier für Stromleitungen verwendet werden: Höchst- (380/220 kV), Hoch- (110 kV), Mittel- (35 kV) und Niederspannung (230/400 V). Die Höchst- und Hochspannungsebene transportieren den Strom österreichweit, auf Mittelspannungsebene wird der Strom im Umkreis bis zu 100 km verteilt. Niederspannung findet im Umkreis von wenigen Kilometern, z. B. innerhalb von Ortschaften Anwendung. Um die Spannungen zwischen den Netzebenen anzupassen, werden Transformatoren verwendet. Je höher die Spannung, desto komplizierter wird es aus technischer Sicht, Strom ein- und auszuschalten. Dafür sind speziell konstruierte Schalter nötig.

Im Stromnetz gilt als technische Planungsgrundlage die so genannte „N-1 Regel“. Das bedeutet, dass zumindest ein Element ausfallen kann, ohne einen Stromausfall hervorzurufen. Um diesen „Sicherheitsstatus“ zu erreichen, werden Konzepte wie Redundanz und Ringleitungen verwendet. Das Stromnetz, das in der Ausstellung von der Decke hängt und die Verbindungen und Stromflüsse symbolisiert, ist ebenfalls als Ringnetz ausgeführt: Sollte ein Teil des Rings aus irgendeinem Grund unterbrochen sein, kann der Strom dennoch von jedem Punkt des restlichen Netzes zu jedem anderen transportiert werden. Die Situation in Österreich ist ähnlich, allerdings bildet das 380-kV-Netz noch immer keinen vollständig geschlossenen Ring, politischer und gesellschaftlicher Widerstand verzögern dieses Projekt bereits seit vielen Jahren.

Erneuerbare Energieträger stellen durch ihre Volatilität, also der schwankenden Erzeugung aufgrund des Wetters, eine große Herausforderung für das Stromnetz dar. Es müssen in naher Zukunft Maßnahmen ergriffen werden, um die Stabilität und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Dazu gehören neben organisatorischen und technischen Maßnahmen auch der Bau von neuen Hochspannungsleitungen. Wo und wie neue Leitungssysteme errichtet werden, ist oft Gegenstand kontroversieller Diskussionen.

Nutzer

Ein zentrales Thema sind die Verbraucher, da ihr ständiges Bedürfnis nach elektrischem Strom die Suche nach innovativen Lösungen für die lückenlose Bereitstellung von Energie und somit die Errichtung immer größerer Stromnetze mit Kraftwerken zur Folge hat. Dieser Bereich stellt den Menschen in den Mittelpunkt und zwei konträre Dogmen gegenüber: Wachstum, Fortschritt und höherer Verbrauch auf der einen Seite, Bewusstsein für Klimawandel, ökologische Lebensweisen und Energiesparen auf der anderen Seite. Hier wird erfahrbar, woraus sich eine „Lastgangkurve“, also der tägliche Verlauf des Stromverbrauchs, zusammensetzt. Für die Besucher ist in diesem Bereich an mehreren Stationen das Aufladen der eigenen Mobiltelefone möglich, damit neben dem Stromnetz auch das „soziale“ Netz jederzeit nutzbar ist. Es wird aber auch ein Bewusstsein für Stromverbrauch geschaffen, dieser hinterfragt und der Begriff der „grauen“ Energie vorgestellt.

Stromspeicher

Die unbeschränkte Speicherung großer Mengen elektrischen Stroms stellt momentan noch eine technische Herausforderung dar. Mit zunehmenden Einbau erneuerbarer Quellen, die je nach Wetter unterschiedlich viel ins Netz einspeisen, bedarf es als Ausgleich ein hohes Speichervolumen im System. Neben volatiler Erzeugung gilt es auch, schwankenden Verbrauch auszugleichen. Die Speicher sollen dabei in einem smarten, vernetzten System auf allen Netzebenen (Gebäudeebene, mittlere Spannungsebene, Hochspannungsebene) zum Einsatz kommen. Derzeit liegen zwar schon viele Konzepte zur Speicherung vor, jedoch ist weitere Forschung notwendig. Um den Status quo der Entwicklung aufzuzeigen, ist das Kapitel „Stromspeicher“ als begehbare „Black Box“ ausgeführt. Einige der Technologien sind noch nicht im großen Maßstab ins System integriert bzw. noch nicht einmal entwickelt, und daher kann man zum jetzigen Zeitpunkt nicht sagen, welche Art der Speicherung sich in den nächsten Jahren durchsetzen wird.

On/Off - Stromboje ©Foto: Technisches Museum Wien

Die in der Ausstellung gezeigte „Stromboje“ ist eine österreichische Entwicklung, die als dezentrale Anlage Strom liefert, jedoch keine Bauten wie Dämme oder Schleusen benötigt. / Foto: © Technisches Museum Wien

 

Wasserkraft

In Österreich ist die Umstellung auf erneuerbare Energie bereits sehr weit fortgeschritten. Dank zahlreicher Laufkraftwerke aller Größenordnungen können etwa zwei Drittel des Strombedarfs aus Wasserkraft generiert werden. In diesem Kapitel wird unter anderem eine „Stromboje“ gezeigt – eine österreichische Entwicklung, die als dezentrale Anlage Strom liefert, jedoch keine Bauten wie Dämme oder Schleusen benötigt.
Vor dem Museum steht seit vielen Jahren eine Kaplan-Turbine, also ein modernes Wasserrad, das weltweit in Flusskraftwerken zum Einsatz kommt. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise gibt es dazu in der Ausstellung ein Modell eines Laufrades zum Experimentieren.

Windkraft

Die Windkraft gehört zu den wichtigsten erneuerbaren Energien. Sauber, quasi kostenlos anzapfbar, jedoch nicht unwidersprochen, da Windräder als volatile Energiespender bei zu wenig, aber auch bei zu viel Wind nicht ins Netz einspeisen. ON/OFF stellt ein Windrad aus den 1990er-Jahren mit 20 Meter Flügelspannweite einer modernen Mikrowindkraftanlage mit 1,5 Metern im Durchmesser gegenüber und macht so den Fortschritt dieser Technologie sichtbar. In der Ausstellung kann in einem Windkanal das Potential der Windkraft erlebt werden: Unterschiedliche Arten von Windrädern drehen sich in einer jeweils anderen Geschwindigkeit und liefern voneinander abweichende Ergebnisse.

Standort

Eine wichtige Frage bei der Errichtung eines Kraftwerkes ist auch immer der Standort. In Hainburg wurde österreichische Geschichte geschrieben: Der geplante Bau eines Donaukraftwerks in der Stopfenreuther Au wurde durch großteils friedlichen Protest und die starke Unterstützung der Kronen Zeitung annulliert. Der Verlauf der Demonstrationen und die Art der Beilegung wurden zu einem Markstein des Demokratieverständnisses, aber auch der Energiepolitik Österreichs. Die Proteste richteten sich nicht gegen die Technologie an sich, sondern gegen den gewählten Standort.

Stromerzeugung durch Verbrennungskraftmaschinen

Der Strom, den wir konsumieren, wird immer noch zu einem großen Teil durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe erzeugt. In Deutschland etwa beträgt der Anteil an Strom aus Braun- und Steinkohle rund 40 Prozent, Erdgas spielt mit weiteren 10 Prozent ebenfalls eine wichtige Rolle. Es ist also noch ein weiter Weg, bis Kohle, Öl und Gas zur Gänze aus dem Energiemix verschwinden. Gasturbinen werden also noch viele Jahre im Einsatz sein, weil sie rasch einsatzbereit sind und kurzfristig Engpässe ausgleichen können. Die Wirtschaftlichkeit ist jedoch nicht immer gegeben, da der Standby-Betrieb relativ hohe Kosten verursacht.

On/Off - Windkanal ©Foto: Technisches Museum Wien

An dieser interaktiven Station kann die Effizienz unterschiedlicher Windräder erprobt werden. / Foto: © Technisches Museum Wien

 

Raumkälte und -wärme

Die meiste Zeit unseres Lebens halten wir uns in geschlossenen Räumen auf. Für die Behaglichkeit in Wohn- und Büroräumen müssen wir unter teils enormem Energieeinsatz für Raumwärme bzw. -kühlung sorgen. Die Ausstellung bietet einen Erlebnis-Raum, der im Sommer gekühlt und im Winter geheizt wird. Hier wird thematisiert, wie elektrischer Strom sinnvoll und nachhaltig zur Kühlung bzw. Heizung eingesetzt werden kann.

Photovoltaik und Concentrated Solar Power

Zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie werden zwei völlig unterschiedliche Technologien verwendet: Photovoltaik (PV) und „Concentrated Solar Power“, die bei Sonnenwärmekraftwerken zum Einsatz kommt. Der Fokus liegt aber insgesamt auf Photovoltaik-Anlagen.

Photovoltaik bedeutet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mittels Photovoltaik-Zellen und ist eine wenig umstrittene Technologie zur nachhaltigen Stromerzeugung. Sie ist im Betrieb emissionsfrei, lautlos und praktisch ungefährlich. Sie wurde zwar nicht speziell für die Raumfahrt entwickelt, fand in Satelliten und Raumsonden aber ihre erste technische Anwendung. Heute findet man PV-Module nahezu überall verbaut. Dennoch ist ihr Beitrag zur gesamten österreichischen Stromerzeugung nach wie vor sehr gering. Als eine der Ikonen der erneuerbaren Energie ist sie aber in der öffentlichen Wahrnehmung stark überrepräsentiert. Es bleiben auch noch Fragen zur wirklichen Nachhaltigkeit der Technologie offen, speziell in Hinblick auf Ressourcenverbrauch bei der Herstellung und Entsorgung. Ein weiteres großes Problem bleibt die Volatilität, die eine Integration in das bestehende Stromnetz schwierig macht. Die Zukunft der PV liegt vor allem in der sogenannten „gebäudeintegrierten Photovoltaik“, um die vielen vorhandenen Flächen der Städte nutzbar zu machen. Beginnend bei den Dachflächen über die Gebäudehülle (Fassade, Fenster) bis hin zu allen ungenützten und nicht verschatteten Flächen.

„Concentrated Solar Power“ kommt bei Sonnenwärmekraftwerken zum Einsatz: Hier wird das Sonnenlicht mithilfe vieler Spiegel gebündelt. Im Brennpunkt oder der Brennlinie kann beispielsweise Wasser erhitzt und in weiterer Folge ein klassisches Dampfkraftwerk betrieben werden.

Kernkraft

Kaum eine Energieform ist so kontrovers und heiß diskutiert wie die Kernenergie, da sie zwar emissionsfrei ist, aber auch erhebliche Gefahren in sich birgt. Weltweit setzen jedoch viele Länder auf die Nutzung von Kernkraft. Dies wird einerseits durch die starke Position führender Kernenergiekonzerne ermöglicht, andererseits auch durch die starke Fokussierung auf die CO2-Problematik als anscheinend einzig wichtiges Thema für Nachhaltigkeit. Die Kernkraft würde das CO2-Problem zwar lindern, birgt aber eine Fülle von komplexen Herausforderungen und Gefahren – wie eventuelle Kraftwerksunfälle oder auch die Lagerung der atomaren Abfälle.

On/Off - Anstecknadel AKW Abstimmung Zwentendorf ©Foto: Technisches Museum Wien

Anstecknadel zur Zwentendorf-Volksabstimmung 1978 / Foto: © Technisches Museum Wien
 

In der Diskussion um die Nutzung von Kernkraft gehört Österreich zu jenen europäischen Ländern, welche diese Energieform mit breitem gesellschaftlichen und politischen Konsens ablehnen. Die Kernkraft stellt im österreichischen Energiesystem keine Option dar. Diese klare Abneigung gegenüber Atomkraft war allerdings nicht immer so gefestigt. Sie hat sich erst im Lauf der Zeit entwickelt, wobei die wichtigsten Meilensteine in diesem Prozess die Volksabstimmung über das AKW Zwentendorf 1978 und die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl 1986 darstellen. Die Abstimmung im Jahr 1978 ging nur sehr knapp gegen das AKW aus und in den Folgejahren gab es weiterhin Bestrebungen, die Kernkraft doch zu nutzen. Dennoch war damit der Grundstein in Hinblick auf einen nachhaltigen Umbau des Energiesystems gelegt. Mit dem Reaktor-Unglück in Tschernobyl kippte die Stimmung schließlich komplett und endgültig gegen die Kernenergie. Die Furcht vor den unsichtbaren und tödlichen Gefahren der Kernkraft war bei den Menschen angekommen.


Mehr Information zur Ausstellung ON/OFF unter:
www.technischesmuseum.at

Titelbild: © Technisches Museum Wien