Smart Grid – eine clevere Vernetzung | Polarstern
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Clever vernetzt im Smart Grid

Clever vernetzt im Smart Grid

Strompreise sind je nach Netzauslastung variabel. Wenn Verbraucher und Erzeuger doch nur wüssten, welcher Zeitpunkt für sie besonders günstig ist. Das Smart Grid könnte dieses Problem in Zukunft lösen – durch intelligentes Netzmanagement.

Inhalt


 

Was ist das eigentlich, ein Smart Grid?

Der Begriff „Smart Grid“ fasst die intelligenten Funktionen eines zukunftsfähigen Energienetzes zusammen und beschreibt ein Stromnetz mit einem klugen Netzmanagement.

Obwohl der Begriff Smart Grid vornehmlich auf das Stromnetz abzielt, kann auch das Erdgasnetz ein Smart Grid werden.

 

Gibt es das Smart Grid denn schon?

In Deutschland, Österreich und der Schweiz wurden Smart Grids in kleinen Modellregionen bereits erfolgreich umgesetzt, zum Beispiel im Salzburger Land. Dies hat gezeigt, dass eine effiziente Verteilnetzsteuerung mit „Smart Grid Funktionen“ bereits auf der Basis der heutigen Technologie realisierbar ist.

 

Die Grundlage: Regelung der Netzfrequenz und Stromnetzstabilität

Die Netzfrequenz ist die zentrale Größe zur Bewertung der Stromnetzstabilität in einem Wechsel- oder Drehstromnetz. Hier wechselt der elektrische Strom mit einer konstanten Geschwindigkeit zyklisch die Flussrichtung – in Europa 50 Mal pro Sekunde, mit 50 Hertz. Es gilt:

  • Eine Netzfrequenz oberhalb der 50 Hertz ist ein Zeichen für zu viel…
  • …und unterhalb der 50 Hertz für zu wenig Erzeugungsleistung im Stromnetz.

Damit ist die Frequenz das bundesweite Maß der Dinge für die Regelung aller Kraftwerke im Verbundnetz.

 

Warum Stromnetzstabilität so wichtig ist

Damit netzgekoppelte Maschinen, Motoren und Beleuchtungssysteme nicht ständig ihre Drehzahl und Leistung verändern, wird versucht, die Netzfrequenz möglichst konstant zu halten. Dazu gibt es schon heute eine intelligente Vernetzung unserer Kraftwerke und Stromnetze. Sie werden auch "virtuelle Kraftwerke" genannt und vernetzen z.B. viele kleine dezentrale Erzeugungsanlagen. Diese sorgen dafür, dass Kraftwerksleistungen bedarfsweise reduziert oder erhöht werden, um unseren Stromverbrauch möglichst exakt zu decken.

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Wozu braucht man ein Smart Grid?

Früher lieferten wenige zentrale Großkraftwerke unseren Strom. Heute versorgen uns zahlreiche dezentrale Kleinkraftwerke wie Windkraft- und Solaranlagen mit Elektrizität. Die Regelung des Stromnetzes und der Netzfrequenz wird durch die vielen Anlagen komplizierter.

Die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien bedarf einer intensiveren Regelung der Netzauslastung.

Wind und Sonne lassen sich nicht gleichmäßig zur Stromerzeugung steuern. Die resultierenden Schwankungen der Energieeinspeisung müssen ausgeregelt werden.

Das Smart Grid setzt hier an. Um einen „erzeugungsorientierten“ Stromverbrauch zu entwickeln, vernetzt es Stromerzeuger und Stromverbraucher und somit Stromangebot und -nachfrage.

Das Ergebnis: ein variabler Strompreis je nach aktueller Netzauslastung. Bei hoher Auslastung steigt der Strompreis, bei niedriger sinkt er. Große Industriekunden können auf diesen Anreiz beispielsweise reagieren, indem sie elektrische Lasten abschalten oder eigene Stromerzeugungsanlagen hochfahren

Smart Grid

Die Idee des Smart Grids ist also, die Energieversorgung durch das Zusammenspiel von (1) Erzeugung, (2) Speicherung, Netzmanagement und (3) Verbrauch ganzheitlich zu erfassen und effizienter zu regeln. Man verspricht sich vom Smart Grid eine gleichmäßigere Auslastung der Stromnetze, einen effizienteren Kraftwerksbetrieb und damit eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes.

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Die Zukunft der erneuerbaren Energien erfordert ein effizienteres Netzmanagement sowie flexiblere Erzeuger und Verbraucher. Die Basis dafür wird das Smart Grid!

 

Wie funktioniert die intelligente Vernetzung im Smart Grid?

Um die Verbrauchsdaten digital erfassen zu können, müssen wir zu Hause aber erst unseren alten „Ferraris“ Stromzähler mit dem klassischen Zählerrad durch einen digitalen Zähler mit Kommunikationsschnittstelle ersetzen. Denn der alte Zähler eignet sich nicht zum Datenaustausch. Bei neuen Stromnetzanschlüssen wird diese neue und smarte Zählergeneration – der sogenannte Smart Meter – schon standardmäßig eingesetzt.

 

Smart Meter: Echtzeitdaten als Grundlage des Smart Grids

Im Gegensatz zum alten Ferraris Zähler kann ein Smart Meter den Stromverbrauch aufzeichnen, analysieren, speichern und über ein Datennetz Informationen versenden und empfangen. Diese Daten werden vom Messstellenbetreiber erfasst, von einem übergeordneten Leittechniksystem ausgewertet und für das intelligente Stromnetzmanagement genutzt.

 

Warum wird Smart Grid noch nicht flächendeckend genutzt?

Die technische Infrastruktur für die Datenerfassung und -Verarbeitung sowie zur zentralen Netzsteuerung und Regelung sind bisher noch unterentwickelt. Im Vergleich zum Entwicklungstand unseres Internets, liegt die Vernetzung in der Energietechnik noch 15 bis 20 Jahre zurück. Dadurch ist der Datenaustausch zwischen Energieerzeugern, Energiespeichern und Energieverbrauchern in alle Richtungen derzeit noch zu kompliziert.

Denn in einem Smart Grid müssen Daten annähernd in Echtzeit und sicher verschlüsselt ausgetauscht werden. Dies erfordert entsprechende Datennetze mit Kommunikationstechniken wie Powerline (über das Stromnetz), UMTS/LTE (über Mobilfunknetze), WiMax (über Funk) oder Wireless LAN.

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Offene Fragen bei der Datensicherheit

Der hohe Grad an Datenvernetzung schafft bisher ungeklärte Fragen zur Daten- und Systemsicherheit: Sollen unsere Stromverbrauchsprofile in Zukunft von der „Stromnetz Cloud“ erfasst und analysiert werden oder wäre eine Schwarmintelligenz besser?

Hier gibt es definitiv viel zu klären, zu diskutieren und weitere technische Lösungen zu entwickeln. 

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Smart Grid als Lösung für unsere Energieprobleme?

 

Smart Grid, Smart Home Anwendungen und variable Strompreise

Das Smart Grid wird den einzelnen Verbraucher ganz anders in das Energiemanagement einbinden als bisher. So werden beispielsweise Akkus von Elektroautos als wichtige Speicherkomponente für Strom eingesetzt. Auch Smart Home Anwendungen im eigenen zuhause sind ein wichtiger Baustein. Hier sind die Hersteller von Elektrogeräten gefragt: sie sollten den Endkunden intelligente Geräte anbieten, die mit Smart Metern kommunizieren. Bei Stromüberschuss im Netz könnte der Strompreis automatisch sinken, um Endkunden zum Zuschalten von z.B. Waschmaschinen oder Wärmepumpen zu motivieren. Das Netz kann außerdem entlastet werden, wenn Photovoltaikanlagen-Besitzer ihren selbst erzeugten Strom effizienter nutzen z.B. in Verbindung mit einem Energiespeicher und einem Smart Meter.

 

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