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Smart Grid – wenn Netze intelligent werden (sollen)

Mehrwerte: Smart Grid – im Rahmen der künftigen Arbeit des Stadtwerke Monitors werden wir intensiv das Thema „Smart Grid“ verfolgen. Diese Abhandlung soll eine kurze Begriffseinordnung geben. Viel Spaß beim Lesen!

Als Voraussetzung für den kompletten Umstieg auf Erneuerbare Energien ist Smart Grid in aller Munde. Doch wofür steht der Begriff eigentlich, warum ist das Thema für die Energiewende so wichtig und wie ist der aktuelle Stand der Entwicklung in Deutschland? Ferner, welche Rolle können Stadtwerke hier einnehmen?

Was ist Smart Grid eigentlich?

Smart Grid bezeichnet das, was man im Deutschen als intelligentes Stromnetz bezeichnen würde. Es handelt sich um ein Netz, in dem alle Teilnehmer – d.h. Stromerzeuger, Stromverbraucher sowie speichernde Komponenten – miteinander in automatisierter Form kommunizieren. Unter Verwendung modernster Informations- und Kommunikationstechnik tauschen sie untereinander Daten über ihren eigenen Betriebszustandden Energieverbrauch und den Energiebedarf aus.

Diese Abstimmungen zwischen den verschiedenen Komponenten des Stromnetzes erfolgen in Echtzeit. Dadurch kann das Netz effizienter genutzt werden: Kostenintensive Leistungsschwankungen und Überdimensionierungen der Netze werden reduziert und die ansteigende Anzahl dezentraler Energiequellen aus Erneuerbaren Energien können wirtschaftlicher in die Infrastruktur integriert, gemanagt und somit genutzt werden.


Darum brauchen wir Smart Grid

Mit der Abkehr von Atom- und Fossilbrennstoffenergie und damit auch dem Prinzip, dass einige wenige große, zentrale Energieerzeuger viele dezentrale Verbraucher mit Strom versorgen, verändern sich die An- und Herausforderungen für Stromnetze grundlegend.Zum einen unterliegen Erneuerbare Energien naturgemäß dem Wetter und somit Schwankungen, die eine genaue Vorhersage der erzeugten Energiemenge unmöglich machen. Beim Ausgleich zwischen Stromerzeugung und -verbrauch müssen diese Schwankungen einkalkuliert werden, was jedoch nur möglich ist, wenn ein ständiger Austausch über den aktuellen Stand zwischen Erzeugern und Verbrauchern sowie ggf. etwaigen Speichereinheiten besteht.Welche drei Kernproblematiken ergeben sich aus dem Messstellenbetriebsgesetz (MsbG)? Lesen Sie dazu unseren Fachbeitrag zu dem Thema. 
Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) Zum anderen geht mit der Energiewende ein Wechsel von zentraler zu dezentraler Energieversorgung einher. Wind- und Solaranlagen sind dezentral an Verteilnetze angeschlossen, die ursprünglich nur für den Transport von Strom in eine Richtung – nämlich von einem großen Erzeuger zu vielen kleinen Verbrauchern – konzipiert wurden. Sind an einem solchen älteren Netz zu viele Erzeuger angeschlossen, drohen großflächige Stromausfälle, weil der Stromfluss sich umkehrt und in die überregionalen Hochspannungsnetze drängt. Auch hier wäre es die Aufgabe eines Smart Grids, einen entsprechenden Ausgleich zu schaffen.

Wie funktioniert Smart Grid

Die Hauptaufgabe des Smart Grids ist es demnach, einen Ausgleich zwischen Energieangebot und Energienachfrage herzustellen und somit die Netzstabilität aufrecht zu erhalten. Daneben bietet es sowohl für Netzbetreiber als auch für Stromverbraucher Einsparmöglichkeiten bei den Betriebs- bzw. Energiekosten.Damit es seiner Aufgabe nachkommen kann, werden im Smart Grid neben Energie auch Daten transportiert. So versorgen die einzelnen intelligent vernetzten Komponenten das Smart Grid mit Informationen zum aktuellen Verbrauch und den eingespeisten Energiemengen. Mittels automatischer Steuerungsintelligenz werden diese Daten dann direkt verarbeitet.


Da es sich bei einem Smart Grid um ein Netz handelt, setzt es sich aus mehreren Komponenten zusammen, die verschiedene Aufgaben innerhalb des Netzes wahrnehmen. Diese sind:

Steuerzentrale

Wie der Name schon vermuten lässt, wird von hier aus das Netz gesteuert. Sie erhält alle notwendigen Daten wie produzierte Energie, Stromverbrauch und erstellt Prognosen, die auf einer breitgefächerten Datengrundlage basieren. Unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz ist es daher auch in der Lage, hohe Nachfragen oder einen Angebotsüberschuss auszugleichen bzw. intelligent zu steuern.

Kraftwerke/ Energiequellen

Während des Umstiegsprozesses auf Erneuerbare Energien wird die größte Energiemenge in Deutschland auch in den nächsten Jahren weiterhin aus Kraftwerken kommen. Allerdings nicht mehr aus einem großen Atom- oder Kohlekraftwerk, sondern dezentraler aus vielen kleineren Wind-, Solar-, Wasser-, Biogas- oder Geothermieanlagen. Da diese Art von Kraftwerken im Gegensatz zu bisherigen Anlagen nicht konstant die gleiche Menge an Strom produziert, ihre Leistung also schwankt, können einzelne Energiequellen im Smart Grid zu sogenannten virtuellen Kraftwerken zusammengefasst werden. Dadurch fallen Schwankungen weniger stark aus als bei einem einzelnen Erzeuger. Dem Problem der höheren Volatilität kann außerdem durch ins Netz integrierte Stromspeicher (s.u.) und Lastverschiebungen beim Verbrauch begegnet werden.Bei der Lastverschiebung handelt es sich um eine zeitliche Verschiebung der Stromnachfrage. In Zeiten eines Überangebots können einzelne Anlagen gedrosselt werden und gleichzeitig mehr Strom verbraucht werden, indem beispielsweise Kühl- oder Wärmemaschinen stärker genutzt werden, so dass deren Kälte- bzw. Wärmeleistung auch bei begrenzter Stromzufuhr für einen bestimmten Zeitraum ausreichend sichergestellt ist.

Stromspeicher

Die oben angesprochenen Stromspeicher dienen im Smart Grid als Puffer in Zeiten, in denen die Nachfrage das Angebot übersteigt. Überschüssiger Strom, der z.B. an besonders windigen Tagen gewonnen wurde, wird hier gespeichert und kann dann, wenn die Nachfrage besonders hoch ist, wieder abgegeben werden. Nicht nur große Speicheranlagen können diese Funktion erfüllen, sondern auch kleinere private Speicher von Verbrauchern oder sogar Elektroautos.

Verbraucher

Auch die Rolle der Verbraucher verändert sich im Smart Grid. Im Gegensatz zu früher können sie vom Konsumenten zum Produzenten werden und aktiv am Stromhandel teilnehmen. Dieses wird im Wesentlichen durch die Einspeisung von Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage erfolgen. Möglich machen dies intelligente Stromzähler, die mit der Steuerzentrale in ständigem Austausch stehen. Gerade hier besteht auch die Möglichkeit, viele kleinere Erzeuger virtuell zusammenzufassen, um dadurch die Netzstabilität zu erhöhen.

Smart Meter sorgen zudem im Zusammenspiel mit intelligenten Geräten dafür, dass diese sich zu den „richtigen“ Zeiten, also dann wenn gerade viel Strom zur Verfügung steht und/oder Energie besonders günstig ist, einschalten.


Fazit Smart Grid:

Mit der Energiewende ändert sich nicht nur die Art, wie wir Strom produzieren, auch die Netze selbst unterliegen einer grundlegenden Veränderung. Strom fließt zukünftig nicht mehr nur in eine Richtung. Des Weiteren stehen wir vor der Herausforderung, Schwankungen in der Erzeugung generell viel effizienter zu managen und zu nutzen. Die Netzstabilität kann nur dann auf heutigem Niveau gewährleistet werden, wenn das Netz „weiß“, wie viel Strom wo verbraucht wird und auch wie viel Strom zur Verfügung steht und darauf entsprechend reagieren kann. Es ist also die Aufgabe der Branche, das Netz „smart“ zu machen.

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Björn Stressenreuter begeistern digitale Mehrwertmodelle basierend auf den Stärken von Industrieversicherungsmaklern. In seiner Funktion als Geschäftsführender Gesellschafter der GBH Digital Ventures entwickelt der gelernte Versicherungskaufmann gemeinsam mit den Stadtwerke-Experten von GBH u.a. den Stadtwerke Monitor