Energieingenieure – Die Zukunft sichern

Von Hans-Martin Barthold | 15. Februar 2020

Umspannplattform des Windparks Baltic 1 (Foto: Wikimedia/Heiko Schöne und Gunnar Richter)

Die Antwort auf die Frage nach den Berufen der Zukunft ist schon seit geraumer Zeit immer die gleiche: IT-Fachkräfte, Biotech-Spezialisten, dazu Ärzte und Altenpfleger. Ohne Zweifel ist die Nachfrage in allen diesen Bereichen hoch, sehr hoch sogar. Und das absehbar auf viele Jahre hinaus. Doch über unser aller Zukunft wird zuerst an ganz anderer Stelle und in ganz anderen Berufen entschieden: In der Energiewirtschaft von den Energieingenieuren. Denn ohne ausreichende Energie gibt es keine Digitalisierung, keine künstliche Intelligenz, keine Genforschung, keine Hightech-Medizin und keine fürsorgliche Pflege. Die Verfügbarkeit über Energie an jedem beliebigen Ort zu jeder Zeit ist der Schlüssel für die Zukunft einer modernen Gesellschaft. Es erstaunt, wie wenige Schüler sich in ihrer Berufswahl hierzulande von dieser simplen Tatsache leiten lassen. Immerhin sind es die Energieingenieure, von deren Können es abhängt, wie wir in Zukunft leben werden, und vor allem, ob es gelingt, den Klimawandel zu meistern. Immerhin geht es auch da um Energie, Effizienz und  Ressourcenoptimierung – die klassischen Aufgaben eines Energieingenieurs.

Fragt man Energieingenieure nach ihrem fachlichen Herkommen, haben die meisten Elektrotechnik, Maschinenbau, Physik oder Verfahrenstechnik studiert. Die Erklärung dafür ist so naheliegend wie einfach. Schließlich geht es in der Energietechnik um Umwandlungsprozesse von einer Energieform in eine andere, bevorzugt, weil universell zu nutzen, in elektrische Energie. Und natürlich geht es auch um deren Transport. Orientiert man sich an der gesamten Prozesskette der Energiegewinnung, kommen freilich noch weitere Fachdisziplinen in den Blick. So etwa die Geowissenschaftler für die Exploration von Lagerstätten konventioneller Energieträger wie Kohle, Öl, Gas und Uran. Geografen und Meteorologen zur Ausweisung geeigneter Areale für erneuerbare Energien. Das Bergingenieurwesen für die Erschließung entsprechender Lagerstätten. Das Bauingenieurwesen für die Errichtung der notwendigen Produktionsstätten, vom Kohlekraftwerk über den Bau von Staudämmen, Gezeitenkraftwerken, Windrädern und Photovoltaikparks bis hin zu Biogasanlagen wie auch den späteren Rückbau dieser Anlagen. Schließlich die Biologen, Agrar- und Forstwissenschaftler für die Produktion nachwachsender Rohstoffe.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

In dieser Trafostation wird der Strom von Mittelspannung auf Niederspannung gebracht (Foto: Wikimedia/Karlo)

Unser Bericht konzentriert sich im Folgenden auf die Arbeitsbereiche, in denen die Mehrzahl der Energieingenieure tätig ist. Das betrifft die Erzeugung und Verteilung von Energie. Die wichtigsten Arbeitgeber sind die Kraftwerks- und Netzbetreiber sowie die Energieversorger inklusive ihrer Zulieferer. Beginnen wir mit den Erzeugern. Zwar haben die erneuerbaren Energien inzwischen einen Anteil von über 40 Prozent am deutschen Strommix erreicht. Doch noch dominieren die konventionellen Kraftwerke, die den Strom aus Braun- und Steinkohle, Erdgas oder Kernkraft gewinnen. Davon gibt es etwa 1.000 Gas- und Kohlekraftwerke, 200 Wasserkraftwerke und derzeit noch 6 Kernkraftwerke. Letztere werden auf Beschluss der Bundesregierung allerdings bis Ende 2022 vom Netz gehen. Zurzeit erzeugen sie noch 12 Prozent des gesamten Strommix. Auch für die Kohlekraftwerke, die derzeit noch 28 Prozent der Strommenge bereitstellen, ist das Aus besiegelt. 2038 soll das letzte abgeschaltet werden.

Das Prinzip von Kraftwerken ist auch für den Laien schnell verständlich. Mittels Generatoren wird mechanische in elektrische Energie umgewandelt. Als sogenannte Primärenergie wird bei Wasser- und Windkraftwerken kinetische Energie, bei den konventionellen Kraftwerken thermische Energie genutzt. Die thermische Energie wird dabei entweder aus chemischer Energie (Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas, Biomasse oder Müll), Sonnenstrahlungsenergie, geothermischer Energie oder Kernenergie gewonnen. Im Kraftwerkssektor werden Energieingenieure sowohl bei den Herstellern als auch den Betreibern und Aufsichtsbehörden, den Wirtschafts- und Umweltministerien sowie der Bundesnetzagentur, tätig. „In der Konzeption, der Planung, dem Bau und der Wartung von Kraftwerken dominieren bis zur Bereitstellungsanlage, das ist der Generator,  Maschinenbauingenieure“, erklärt der langjährig berufserfahrene und promovierte Maschinenbauingenieur Ludger Mohrbach. Der Essener ist beim Verband der Energieanlagenbetreiber (VGB PowerTech) für Ausbildungsfragen zuständig.

Prozesswissen gefragt

Das Gaskraftwerk Franken 1 in Nürnberg-Gebersdorf ist als systemrelevant eingestuft und wird zur Überbrückung von Engpässen der erneuerbaren Energien eingesetzt (Foto: Wikimedia/Achates)

„Für den laufenden Betrieb, also die Steuerung der Anlage, und die Ableitung des erzeugten Stroms“, ergänzt Mohrbach, „werden indessen überwiegend Elektroingenieure eingesetzt.“ Die Aufgabenstellung sowohl für die Maschinenbau- wie die Elektroingenieure unterscheidet sich nur geringfügig von der in ihren sonstigen angestammten Arbeitsfeldern. Bei Planung und Bau müssen die Maschinenbauer vor allem Lösungen für die Dimensionierung und Berechnung der Gesamtanlage sowie jeder einzelnen Komponente, die optimale Verkettung der Prozessabläufe und, ganz wichtig, die Auswahl des am besten geeigneten Materials finden. Vor allem in Kohle und Gaskraftwerken wird mit hohen Temperaturen und Drücken gearbeitet. Beides belastet das Material extrem. Bei den Elektrotechnikern steht dagegen die Prozesssteuerung im Vordergrund. Wo müssen welche Messstrecken eingerichtet werden? Wie sind sie miteinander zu verknüpfen? Wann müssen welche Regelkreise aktiviert werden? „In größeren Kraftwerken sind deshalb oft mehr als 10.000 Kilometer Kabel verbaut“, gibt Ludger Mohrbach ein Beispiel für den Umfang der Hardware.

Entscheidender noch ist im Zeitalter der Digitalisierung freilich die Qualität der eingesetzten Software. Die müssen die Kraftwerkstechniker und –ingenieure noch im Tiefschlaf beherrschen. Tatsächlich besteht der Arbeitsplatz in einer modernen Kraftwerkswarte heute aus nicht mehr als ein paar Bildschirmen und einer Maus. Zugleich aber müssen die Energieingenieure die dahinter ablaufenden realen Prozesse kennen, verstehen und, wenn nötig, auch analog beherrschen. Das stellt besondere Anforderungen. Denn kaum anderswo sind die Prozesse so komplex wie in einem Kraftwerk. Und können Fehler so gravierende Folgen haben wie hier. Wenn ein PKW oder LKW wegen eines Fehlers versagt, ist das für den Nutzer ärgerlich, aber für die übrigen Verkehrsteilnehmer ohne Gefahr. Fällt eine Turbine oder gar ein ganzes Kraftwerk aus, stehen jedoch plötzlich tausende Haushalte und hunderte Betriebe ohne Energie da. Kommt es gar zu Havarien, können die Folgen für Mensch und Umwelt ein ungeahntes Ausmaß annehmen.

Sicherheit geht vor Gewinn

Leitstand eines Kraftwerkes (Foto: Wikimedia/Steag, Germany)

Vor diesem Hintergrund müssen Energieingenieure und Kraftwerkstechniker ähnlich wie Piloten ihre fachlichen Kompetenzen zur Beherrschung von Störfällen immer wieder im Simulator trainieren. Neun Leitwarten stehen dafür in Essen unter dem Dach der VGB PowerTech zur Verfügung. Sie werden von Großrechnern mit wirklichkeitsgetreuen Prozessabläufen gefüttert. Das alles ist Sinnbild für die ausgeprägte Sicherheitskultur in der Energiewirtschaft sowohl in den Kraftwerken wie bei den Netzbetreibern und Versorgern. Der Sicherheitsaspekt steht bei allen Tätigkeiten ganz oben. „Bei uns“, formuliert es Ludger Mohrmann, „gilt die Devise: Wenn Du einen Fehler entdeckst, wirst Du gelobt und nicht bestraft, selbst dann, wenn es Dein eigener Fehler ist.“ Anders formuliert, der Erfahrungsrückfluss aus dem laufenden Betrieb ist systemisch verankert. Doch damit noch nicht genug. Diese Erkenntnisse werden weltweit geteilt und kommuniziert, sogar mit den Wettbewerbern. Auf eine derartige Verantwortungsstruktur können nur wenige andere Branchen verweisen.

Diese hohen Sicherheitsstandards gelten im Übrigen auch für die Maschinenbauer. „Alle Komponenten eines Kraftwerkes sind je nach verwendeter Primärenergie stets für alle Fälle ausgelegt“, weist Ludger Mohrbach auf einen wichtigen Punkt. Und für alle Fälle meint genau: für alle Fälle. Kernkraftwerke etwa müssen sogar einem Flugzeugabsturz standhalten. Energieingenieure können deswegen, nein sie müssen sogar, mit dem ganz großen Besteck arbeiten und im wahren Wortsinn aus dem Vollen schöpfen. Auch für die Netzbetreiber und Versorger, wo die Elektroingenieure die Szene dominieren, wird die Sicherheit zu einem ganz wichtigen Aspekt. Und zwar in mehrfacher Hinsicht, wie die ebenfalls promovierte Elektrotechnikingenieurin Cora Petino deutlich macht. Sie arbeitet bei Tennet in der Netztplanung. Das Unternehmen ist einer der vier Netzbetreiber in Deutschland und derzeit am Bau der Stromautobahnen von den norddeutschen Windparks zu den süddeutschen Verbrauchern beteiligt. Die Verteilung an die Endverbraucher vor Ort ist dann die Sache der örtlichen Energieversorger.

Energieversorgung unterliegt staatlicher Regulierung

Cora Petino macht die Netze vom Netzbetreiber Tennet fit für die Zukunft (Foto: privat)

Die Netzbetreiber tragen nicht allein für die Funktionstüchtigkeit ihrer Anlagen Verantwortung. Vielmehr müssen sie die Stabilität der Netze garantieren, damit es nicht zu einem Blackout kommt, wie das die Fachleute nennen. Was sich bei einem stetig steigenden Anteil erneuerbarer Energien als zunehmend schwierig erweist. Denn solange die Frage der Speicherung dieser so gewonnenen Energiemengen nicht gelöst ist und ein flexibler Netzbetrieb nicht umgesetzt werden kann, strapazieren die neuen Wind- und Solarkraftwerke die Transportnetze in ungeahnter Weise. Es geht um die sogenannte Lastflusskette. Mehrmals schon standen in den letzten Jahren Teile des deutschen Stromnetzes unter großem Stress. Meist weil die eingespeisten Energievolumina nicht das gleich hohe oder niedrige Niveau besaßen wie die Menge, die die Verbraucher entnahmen, oder weil die zu transportierenden Strommengen die Kapazität der Leitungen zu übersteigen drohte. Wie die Netze unter solchen Bedingungen zukünftig stabil gehalten werden können, ist eine Frage, mit der sich Cora Petino beschäftigt und für die sie Antworten finden muss. Solche Fachleute sind gesucht. Cora Petino konnte immerhin unter vier (!) Stellenangeboten wählen.

Sie entschied sich für den Netzbetreiber Tennet. „Die Netztechnik ist anschaulich und anwendungsorientiert, das Ergebnis meiner Arbeit konkret und sichtbar“, begründet sie ihre Entscheidung.  Die Lösung für die gegenwärtigen Netzprobleme liege in einer Flexibilisierung der Netze, ist sie überzeugt. Zur Erklärung: Elektrische Verteilnetze bestehen aus mehreren Spannungsebenen. Da gibt es vor allem Hochspannungs-, Mittel- und Niederspannungsleitungen. Von den Kraftwerken wird der dort in Hochspannung erzeugte Strom die längsten Strecken durch ebensolche Leitungen (380, 220 und 110 kV) geschickt. Warum? Weil gilt, dass die Leistungsverluste umso geringer sind, je höher die Spannung ist. Daran schließen sich in den regionalen Netzen Mittelspannungsleitungen (bis zu 50 kV) an. Die Leitungen der rund 800 örtlichen Energieversorger zum Endverbraucher erfolgt in Niederspannung (bis zu 400 V). Nur große und energieintensive Unternehmen werden mit Mittel-, in seltenen Fällen auch Hochspannung beliefert.

Höchste Anforderungen an Netzbetreiber

In diesem Umspannwerk bei Pforzheim wird Hochspannung in Mittelspannung transformiert (Foto: Wikimedia/Ikar.us)

Um den Strom von einer Spannungsebene zu einer anderen zu switchen, werden Umspannstationen mit Transformatoren eingesetzt. „In der Vergangenheit hatten die Netze eine klare Leistungsfluss-Hierarchie und waren deshalb einfach zu steuern“, erklärt Cora Petino. Das aber hat sich mit den erneuerbaren Energien und ihrer dezentralen wie diskontinuierlichen Erzeugung geändert. „Wir haben jetzt wesentlich mehr Punkte, an denen in unsere Netze eingespeist wird“, weist Cora Petino auf eine erste Schwierigkeit für sie und ihre Kollegen hin. Der zweite Knackpunkt besteht in der Einspeisung von Niederspannung in Hochspannungsnetze. Ließen sich konventionelle Kraftwerke bei geringem Bedarf drosseln und bei größerem Bedarf hochfahren, gibt es diese Möglichkeit bei den erneuerbaren Energien nicht mehr. Wind und Sonne richten sich nicht nach dem Bedarf. „Statt wie in der Vergangenheit einfach abzuregeln, müssen wir die Energie nun besser verteilen“, erklärt Petino.

„Dabei kommt es zukünftig oft auf Millisekunden an. Eine Teilautomatisierung dieser zunehmend zahlreicher werdenden Eingriffe wird deshalb unumgänglich.“ Das verlangt den Energieingenieuren viel ab. Immerhin müssen sie dafür die gesamte Prozesskoordination abbilden (können). Eine Arbeit, die stringentes Denken und absolute Präzision voraussetzt. Was bestimmt die Arbeit eines Energieingenieurs bei einem Netzbetreiber sonst noch? Die Internationalität, denn für die Stromnetze gibt es keine Schlagbäume an den Ländergrenzen. Das bedingt einen hohen Abstimmungsaufwand. Cora Petino reiste dafür von ihrem Arbeitsort Bayreuth allein zwischen Oktober und Dezember vier Mal nach Brüssel. Darüber hinaus unterliegt die Tätigkeit eines Energieingenieurs sowohl bei den Netz- wie bei den Kraftwerksbetreibern einer extrem hohen staatlichen Regulation. Was die Entscheidungsfindung nicht selten überaus schwierig gestaltet und verkompliziert. Energieingenieure sollten deshalb geduldig sein und Freude daran haben, dicke Bretter zu bohren.

Viele Fragen noch ungelöst

Windpark in Stößen/Sachsen-Anhalt am Rande der Autobahn A9 (Foto: Wikimedia/Wing)

Genauso sollten sie freilich neugierig auf gesellschaftliche Entwicklungen sein. Denn Energieingenieure stehen stets im Zentrum vieler widerstreitender Interessen. Immer geht es um Technik, um Sicherheit, um Wirtschaftlichkeit und um die Umsetzung politischer Entscheidungen. Vom Energieingenieur wird eine Lösung erwartet, die nicht nur allen diesen Aspekten gerecht wird, sondern in jedem einzelnen Bereich das Optimum garantiert. In der Wirklichkeit aber werden es immer Kompromisslösungen sein (müssen). Den Klimawandel wenn nicht aufzuhalten, so doch wenigstens zu verlangsamen, muss der Kohlendioxidausstoß radikal verringert werden. Darin sind sich die beiden Energieingenieure Cora Petino und Ludger Mohrbach einig. Unterschiedlicher Meinung sind sie allerdings über den Weg dahin. Für Cora Petino war die Umstellung auf erneuerbare Energien eine wichtige Triebfeder für ihre Berufswahl. Ludger Mohrbach sieht die Lösung eher in einer verstärkten Nutzung der Kernenergie.

Gute Argumente haben beide. Cora Petino verweist auf die weitgehend rückstandslose Energieerzeugung bei Wind und Photovoltaik. Allerdings müsse dafür das Stromnetz besser vernetzt und flexibler regelbar gemacht werden, was bislang noch nicht der Fall sei. „Vor allem aber“, sagt sie, „müssen mehr Speicherlösungen für den Betrieb verfügbar sein.“  Ludger Mohrbach hält hingegen den hohen Flächenverbrauch der erneuerbaren Energien, ihren geringen Wirkungsgrad sowie den schwer planbaren, weil diskontinuierlichen Energieanfall für nachteilig. Ohne die internationale Vernetzung, ist er überzeugt und Cora Petino stimmt ihm zu, wäre eine sichere Energieversorgung hochgradig gefährdet. „Bei schwachem Wind kaufen wir derzeit Strom von unseren Nachbarn aus Kohle- und Atomkraftwerken“, argumentiert er, „bei zu viel Wind nutzen wir sie umgekehrt als Müllhalde für unseren dann vorhandenen Energieüberschuss.“ Und daran dürfte sich in den nächsten zehn Jahren kaum etwas ändern. Für Mohrbach ist die Energiedichte entscheidend und die sei nun mal bei der Kernenergie am größten. Im Übrigen könnten moderne und mit Natrium als Kühlmittel arbeitende Reaktoren sogar abgebrannte Brennstäbe zur Energiegewinnung nutzen, weswegen sich die Entsorgungsfrage dann ganz anders stelle. „In China sind 50 Kernkraftwerke am Netz, 50 im Bau und 200 in der Planung“, sieht er die Kerntechnik außerhalb Deutschlands weiter als wichtigen Teil der energetischen Zukunftssicherung.

Zukunftschancen ungewiss

Das Biomassekraftwerk Lünen wird mit Altholzresten betrieben und erreicht eine Leistung von 20 Megawatt (Foto: Wikiemdia/Rainer Sielker)

Bleibt ein Blick auf die Zukunft der Community der Energieingenieure. Um ein angestaubtes Bonmot von Radio Eriwan zu bemühen: Im Prinzip hervorragend, aber nur mit einer klug durchdachten Energiewende. Die Bundesnetzagentur, die sich auf einen Bericht der vier Netzbetreiber stützt, geht von einem stark steigenden Bruttostromverbrauch bis 2035 aus, im Szenarium mit dem höchsten Anteil erneuerbarer Energien um rund 25 Prozent auf dann 730 Milliarden Kilowattstunden. Die höchsten Zuwächse werden bei Elektrofahrzeugen und neuen industriellen Großverbrauchern erwartet. Das dürfte erhebliche Auswirkungen auf die dann benötigte Infrastruktur haben und den Netzbetreibern einiges abverlangen. Schon im letzten Netzentwicklungsplan (NEP 2019-2030) ging die Bundesnetzagentur von 3.600 zusätzlichen Trassenkilometern aus.

Vor diesem Hintergrund scheinen die Berufschancen bei den Netzbetreibern und Versorgungsunternehmen wesentlich besser als die bei den Erzeugern. Das bisherige Rückgrat der Branche, das sind die Kohle- und Kernkraftwerke, wird politisch gewollt in Deutschland schon bald verschwinden. Auch Gaskraftwerke, deren Turbinen Flugtriebwerken ähneln und überwiegend aus den USA importiert werden, gelten als Übergangstechnologie. Wind- und Photovoltaikanlagen sind Low Tech, der Bedarf an Ingenieuren für den operativen Bereich im Vergleich zum Kraftwerkszeitalter eher gering. Was das für Auswirkungen auf die Beschäftigungsmöglichkeiten in den Hauptverwaltungen für Planung und Entwicklung der einst großen Energiekonzerne haben wird, lässt sich schlecht vorhersagen. Die Anforderungen an die Qualifikation der Ingenieure dürften freilich steigen. Klar ist nur Eines, die Bedeutung von Energie wird nicht ab-, sondern zunehmen. Die politische Bevormundung allerdings ebenfalls.

 


Daten, Fakten & Links
(Stand: 15.01.2020)

Berufstätige Energieingenieure: Es liegen keine spezifizierten Angaben vor.

Altersstruktur berufstätiger Energieingenieure:  Es liegen keine spezifizierten Angaben vor.

Arbeitslose Energieingenieure: Es liegen keine spezifizierten Angaben vor.

Einkommen: Abhängig von Region, Unternehmen und beruflicher Position liegen die Einkommen für Berufsanfänger in einem Korridor zwischen 47.000 – 56.000 Euro pro Jahr.

Studienmöglichkeiten:
https://www.hochschulkompass.de/studium/studiengangsuche/erweiterte-studiengangsuche.html?tx_szhrksearch_pi1%5Bsearch%5D=1&tx_szhrksearch_pi1%5Bstudtyp%5D=3&tx_szhrksearch_pi1%5BQUICK%5D=1&tx_szhrksearch_pi1%5Bfach%5D=Energietechnik

Weiterführende Informationen:
https://berufsfeld-info.de/abi/tbf/energietechnik-3

 

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