Smart Grids

Inhalt des Wiki-Artikels

• Was ist ein Smart Grid?
• Warum brauchen wir künftig intelligente Stromnetze?
• Wie ist ein Smart Grid aufgebaut?
• Wie funktioniert das Smart Grid?
• Welche Projekte für Smart Grids gibt es in Deutschland?
• Vorteile von Smart Grids: Bessere Auslastung und Optimierung von Kapazitäten

Was ist ein Smart Grid?

Der englische Begriff Smart Grid bezeichnet wörtlich, worum es geht: um intelligente Netze. Damit ein Stromnetz intelligent wird, ist neben der eigentlichen Übertragung von Energie auch der Austausch von Informationen erforderlich. Anhand dieser Informationen lassen sich Stromerzeugung, Stromverbrauch, Energieverteilung und die Speicherung von Energie dynamisch steuern.

Notwendig werden intelligente Stromnetze unter anderem durch die Energiewende. Eng verbunden mit dem Smart Grid ist der Smart Market, der abhängig von den verfügbaren Kapazitäten verschiedene Dienstleistungen rund um die Energieerzeugung koordiniert und optimiert anbietet.

Warum brauchen wir künftig intelligente Stromnetze?

Die Notwendigkeit für den Aufbau eines flächendeckenden Smart Grids ergibt sich aus den Anforderungen der Energiewende und den Möglichkeiten moderner Technologien, die als Stromerzeuger oder Verbraucher an das Stromnetz angebunden sind.

Gab es früher nur einen örtlich zuständigen Energieversorger, der alle Verbraucher im privaten, öffentlichen, kommerziellen und industriellen Bereich mit Strom beliefert hat, unterscheiden sich die Anforderungen an die Stromnetze heute deutlich. Außerdem fließt die Energie inzwischen in beide Richtungen, etwa durch private Photovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerke und andere dezentrale Energieerzeuger, die ihren Strom in das öffentliche Netz einspeisen. Hinzu kommen die besonderen Erfordernisse an die Netzstabilität durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne, die bekanntlich nicht auf Abruf zur Verfügung stehen, sondern nur dann, wenn die Witterungsbedingungen entsprechend gut sind. Dem entgegen steht die individuelle Nachfrage beim Verbrauch, die oft dann am größten ist, wenn die Sonne nicht scheint oder wenig Wind weht. Überschüsse bei der Energieerzeugung müssen also zwischengespeichert werden, damit sie dann zur Verfügung stehen, wenn die Nachfrage da ist. Um die begrenzten Kapazitäten der Stromnetze nicht zu überlasten, ist eine intelligente Steuerung und Informationserhebung essenziell für den Erfolg der Energiewende in der Zukunft.

Wie ist ein Smart Grid aufgebaut?

Ein Smart Grid besteht aus mehreren Komponenten, die alle in einem Verbund miteinander agieren. Beim Endverbraucher können künftig intelligente Stromzähler den Stromverbrauch nicht nur insgesamt erfassen, sondern auch individuelles Verbrauchsverhalten berücksichtigen, woraus sich realistische Prognosen entwickeln lassen. Die Optimierung von Stromverbrauch (zum Beispiel durch Nutzung von günstigen Nachttarifen) wird dann wesentlich einfacher für die Kunden. Außerdem hat der Netzbetreiber immer einen Echtzeit-Überblick über Nachfrage und Angebot sowie über die Einspeisung erneuerbarer Energien und die Verfügbarkeit von angeschlossenen Energiespeichern [1]. Anhand dieser Informationen lässt sich die Stromerzeugung effizienter und sicherer gestalten.

Die Komponenten eines typischen Smart Grids im Überblick:

• intelligente Stromzähler beim Endverbraucher
• Steuerzentrale
• Stromspeicher
• dezentrale Energiequellen (z. B. Solaranlagen, Windkraftanlagen, Blockheizkraftwerke etc.)
• klassische Kraftwerke zur Energieerzeugung
  
  

Wie funktioniert das Smart Grid?

In der Steuerzentrale laufen alle Informationen innerhalb des Smart Grids zusammen. Dazu zählen unter anderem der aktuelle Stromverbrauch, die aktuelle Energieproduktion, aber auch Prognosen, die durch die Auswertung der Daten möglich sind. Aufgrund dieser Datenbasis lassen sich Angebotsüberschüsse bei der Energieerzeugung ebenso steuern wie der Ausgleich einer punktuell hohen Nachfrage im Stromnetz. Die Stabilität und Versorgungssicherheit innerhalb der Stromnetze wird dadurch deutlich verbessert.

Die Einbindung von Stromspeichern als Puffer für Energieüberschüsse wird dabei immer wichtiger. Je höher der Anteil der erneuerbaren Energiequellen, desto größer ist der Bedarf für kurzfristig nutzbare Batteriespeicher. Hier kann die Energie geparkt werden, die im Moment der Stromerzeugung nicht sofort verbraucht wird. Dank intelligenter Stromzähler kann die Steuerzentrale solche dezentralen Energiespeicher im gesamten Netz der Zukunft miteinander koordinieren. Neben den bei Photovoltaikanlagen inzwischen üblichen Pufferspeichern in Privathäusern, können übrigens künftig auch viele Elektroautos als dezentrale Stromspeicher dienen.

Welche Projekte für Smart Grids gibt es in Deutschland?

Die ersten Schritte in Richtung intelligentes Stromnetz wurden in Deutschland mit den Pilotprojekten im Rahmen des Förderprogramms E-Energy gemacht. Dabei wurden die Möglichkeiten zur Integration erneuerbarer Energiequellen in intelligente Stromnetze erforscht. Das Ergebnis des Programms war eindeutig: herkömmliche Stromnetze sind nicht für die breite Einbindung erneuerbarer Energien ausgelegt. Mit dem Förderprogramm SINTEG [2] sollen Projekte in sogenannten Schaufensterregionen skalierbare Musterlösungen entwickeln, die als Vorlage für die breite Umsetzung dienen.

Wichtige Ziele von SINTEG

• sicherer Netzbetrieb auch bei hohem Anteil erneuerbarer Energien
• effiziente Koordinierung aller Akteure im Smart Grid
• effizientere Nutzung vorhandener Strukturen
• flexiblere Nutzung von Potenzialen in Netzen und Märkten
  
  

Vorteile von Smart Grids: Bessere Auslastung und Optimierung von Kapazitäten

Das Smart Grid kann viel mehr als das herkömmliche Stromnetz. Bei entsprechend vielen dezentralen Energiequellen können viele kleine Erzeuger (zum Beispiel PV-Anlagen, Brennstoffzellen, Windräder und Wasserkraftanlagen) zu virtuellen Kraftwerken zusammengefasst werden. Damit sind Schwankungen im Stromnetz weniger wahrscheinlich und die Netzstabilität steigt. Außerdem lässt sich über Lastverschiebungen und die Nutzung von Stromspeichern eine eventuelle Schwankung im Netz besser ausgleichen. Ohne ein intelligentes Stromnetz sind solche präzisen Abstimmungen nicht möglich.

Hieraus ergeben sich aber auch viele Vorteile für private Haushalte, die ihre persönliche Energiewende durch die Nutzung und Erzeugung erneuerbarer Energien voranbringen möchten. So tragen Solaranlagen und BHKW aktiv zur Stabilisierung der Netze bei. Dank Smart Grid und intelligenten Stromzählern können Haushalte und Unternehmen nicht nur ihren Verbrauch optimieren und an günstigen Strompreisen ausrichten, sondern sich auch erstmals aktiv am Stromhandel beteiligen.

Im Smart Grid wird die Nutzung zeitvariabler Tarife möglich, die sich nach aktueller Nachfrage und dem Angebot an Strom im Netz ausrichten. Dadurch kannst du beispielsweise deine intelligente Waschmaschine dann betreiben, wenn der Strom aufgrund hoher Verfügbarkeit im Netz gerade etwas günstiger wird.

Für die Umwelt ist dies ebenfalls gut, denn dadurch kann verfügbarer Ökostrom gezielter und günstiger genutzt werden. Falls du ein Elektroauto fährst, das sich auch als Energiespeicher ins Smart Grid einbinden lässt, unterstützt du damit die Netzstabilität. Außerdem kannst du umgekehrt von besonders günstigen Stromtarifen profitieren, da sich der Strompreis je nach Angebot und Nachfrage im Netz präziser festlegen lässt.