Warum es mit der Energiewende ohne Smart-Grid nichts wird

Die Zukunft der Energie ist dezentral. Strom fließt nicht mehr nur von großen Kraftwerken zu den Verbrauchern, sondern nimmt auch den umgekehrten Weg. Das Problem: Unser Stromnetz ist für diese wechselseitige Funktion nicht ausgelegt. Es entstand in einer Zeit, als große Kraftwerke eine Vielzahl an Haushalten und Verbrauchsstellen versorgten und der Strom nur in die eine Richtung floss. Das hat sich geändert. Immer mehr Menschen produzieren ihren Strom teilweise selbst und sie alle brauchen ein Stromnetz, das mitdenkt: ein sogenanntes Smart-Grid.

Smart-Grids als Kommunikationsmittel zwischen Produzenten und Verbrauchern

Smart-Grids transportieren neben elektrischer Energie auch Daten. Sie sind also nicht nur Transportleitung, sondern auch Kommunikationskanal. Auf diese Weise können die verschiedenen Akteure im Versorgungsnetz miteinander kommunizieren.

Bisher wussten die Netzbetreiber nicht, welcher Netzanschluss wie viel Energie verbraucht. Die Betreiber nahmen deshalb einen Umweg und berechneten die Belastung des Netzes anhand der Netzfrequenz in bestimmten Abschnitten. Dies ist notwendig, um einen Blackout zu vermeiden. Ein solcher Blackout entsteht, wenn die Netzfrequenz von der Normfrequenz von 50 Hz abweicht. Direkten Einfluss auf die Netzfrequenz hat die Menge an verfügbarem Strom im Netz. Wenn mehr Strom nachgefragt, als angeboten wird, dann sinkt die Netzfrequenz und die Versorgungsnetzbetreiber müssen zusätzliche Energie einspeisen. Dies geschieht zum Beispiel durch das Hochfahren von Kohle- oder Gaskraftwerken bei Wind- oder Sonnenflaute.

Je mehr erneuerbare Energie, desto schwieriger ist das Ausgleichen der Netzfrequenz

Die Menge an eingespeistem Strom konnte bis zur massenhaften Nutzung von erneuerbaren Energiequellen sehr genau geplant werden. Die Betreiber von Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken wissen, unter welchen Bedingungen ihre Anlagen wie viel Energie produzieren. Abgesehen von Atomkraftwerken können diese „fossilen“ Kraftwerke zudem relativ problemlos in ihrer Leistung gedrosselt oder gesteigert werden, sollte dies nötig sein.

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Bei erneuerbaren Energien ist es anders. Sie hängen naturgemäß von der Witterung und der Tageszeit ab. Gerade die Witterung lässt sich jedoch nur schwer voraussagen und noch schwerer planen. Mit zunehmendem Anteil an erneuerbarer Energie steigen also auch die Anforderungen an die Netzbetreiber, das Netz stabil zu halten. Dies an sich ist kein Problem, das sich nicht lösen ließe. Die Teilnehmer am Versorgungsnetz, also große Kraftwerke, Verbraucher und Produzenten von Solar- und Windstrom müssen nur besser miteinander kommunizieren. Diese Aufgabe übernehmen Smart-Grids.

Smart-Meter-Pflicht als erster Schritt zum Aufbau einer intelligenten Versorgungsstruktur

Bisher ist ein übergreifende Smart-Grid nur ein Konzept. Einzelne Komponenten wie Smart-Meter sind allerdings schon heute in Betrieb. Sie befähigen Verbrauchsstellen, mit dem smarten Netz zu kommunizieren. Damit ist es allerdings noch nicht getan. Letztlich hängt es von politischen Entscheidungen ab, wie schnell und in welchem Umfang das Versorgungsnetz „smart gemacht“ wird. Da erneuerbare Energien politisch und gesellschaftlich gewollt sind, stehen die Chancen gut. An einem flächendeckenden Smart-Grid führt außerdem gar kein Weg vorbei, wollen wir erneuerbare Energien in großem Umfang nutzen.

Wer zum Beispiel eine Solaranlage betreibt und Strom nicht nur vom Netz bezieht, sondern ihn auch einspeist, ist deshalb seit 2017 verpflichtet, ein sogenanntes Smart-Meter zu installieren. Vorerst gilt dies nur für Anlagen mit einer Nennleistung von unter 7 kWp. In naher Zukunft soll die Pflicht auch auf kleinere Anlagen ausgeweitet werden. Darüber hinaus müssen Haushalte mit einem jährlichen Stromverbrauch von mehr als 10.000 kWh ein Smart-Meter installieren.

Warum Betreiber von Solaranlagen und Großverbraucher als erstes zur Installation eines Smart-Meters verpflichtet werden, liegt auf der Hand: Ihr Produktions- und Verbrauchsverhalten hat großen Einfluss auf die Netzfrequenz. Das Smart-Meter erlaubt eine direkte Kommunikation mit dem Netzbetreiber. Dieser ist somit immer auf dem aktuellen Stand über Produktion und Verbrauch in Teilabschnitten des Stromnetzes und kann die Maßnahmen zur Stabilisierung somit genauer planen – das Risiko von gefährlichen Frequenzschwankungen im Stromnetz sinkt.

Smart-Grids als Treiber einer grünen Energiezukunft

Abgesehen von einer besseren Kontrolle der Netzbetreiber über die Netzstabilität haben Smart-Grids weitere große Vorteile. Die direkte Kommunikation zwischen Erzeugern, Verbrauchern und erzeugenden Verbrauchern ermöglicht neue Transaktionsarten von Energie. Während Strom heute von großen, kommerziellen Versorgern an die Verbraucher verkauft wird, kann Energie mit Hilfe von Smart-Grids und weiteren Schlüsseltechnologien in naher Zukunft zum Beispiel auch zwischen Haushalten gehandelt werden. Produziert ein Anschluss etwa 6 kWh Strom am Tag, verbraucht davon aber nur 2 kWh, berechnet das Smart-Grid mit seinen intelligenten Knoten automatisch, an welche anderen Verbraucher die verbleibenden 4 kWh Strom verteilt werden können. Dies passiert alles automatisch. Statt also wie bisher überschüssigen grünen Strom einfach in das große Netz einzuspeisen, denkt das Netz mit und verteilt Ressourcen bei Bedarf effizient und automatisch auf die verschiedenen Akteure. Dies ist eine der möglichen Anwendungen, die mit der Infrastruktur eines Smart-Grids möglich werden und für den flächendeckenden Umstieg auf erneuerbare Energien nötig sind.

Am Ende der Entwicklung des Smart-Grids steht eine intelligente Versorgungsstruktur, die verschiedene Energieformen automatisch und sicher miteinander verbindet. Mit unserer Vision, Energie von Mensch zu Mensch, werden auch wir ein Teil davon sein.

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