Smart Grid

Was sind Smart Grids?

Ein intelligentes Stromnetz stellt ein elektrisches Versorgungssystem dar, in dem ein Informationsaustausch zwischen sämtlichen Akteuren erfolgt. Demzufolge beschreibt ein Smart Grid die virtuelle Vernetzung der Stromerzeugung mit der Stromspeicherung beziehungsweise -verteilung und dem Verbrauch, die in ein Gesamtsystem integriert werden. Der Informationsaustausch ermöglicht es, die Netze dynamisch zu steuern. Einerseits verbessert sich dadurch die Auslastung der vorhandenen Infrastruktur. Andererseits lassen sich erneuerbare Energien durch Smart Grids besser ins Stromnetz integrieren.

Während das konventionelle Stromnetz lediglich für den Transport von Energie ausgelegt ist, werden über eine Smart-Grid-Schnittstelle auch Daten übertragen – und zwar in beide Richtungen. Erst dadurch lässt sich die Kommunikation zwischen den einzelnen Akteuren sicherstellen. Aus diesem Grund werden intelligente Stromnetze mitunter auch als "Internet der Energie" bezeichnet.

Wie Smart Grids funktionieren

Dezentrale Erzeugungseinheiten wie beispielsweise die Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Wohnhauses produzieren nur kleine Mengen Strom. Die nicht selbst verbrauchte Energie wird ins Stromnetz eingespeist und verkauft. Damit der Verkauf an der Strombörse funktionieren kann, ist eine Mindestmenge notwendig. Deshalb legt das Smart Grid die PV-Anlage mit anderen kleinen Erzeugungsanlagen zu einem sogenannten virtuellen Kraftwerk zusammen. Dieses wird dann über eine Netzleitwarte wie ein großes Kraftwerk zentral gesteuert. Die Vorgehensweise erweist sich vor allem deshalb als vorteilhaft, weil die Energieerzeugung so weniger schwankt als die einer einzelnen Anlage.

Die Vernetzung erfolgt mittels Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sowie mithilfe dezentral organisierter Energiemanagementsysteme, die einzelne Komponenten koordinieren. Die zugrundliegende Software stimmt Verkauf und Netzeinspeisung je nach Bedarf und Nachfrage mit den einzelnen Akteuren ab. Dabei werden auch Wetterprognosen – insbesondere bei Wind- und Solarkraftwerken – berücksichtigt.

Die Verwaltung intelligenter Stromnetze ist aber nur eines der zahlreichen Smart-Grid-Beispiele aus der Praxis. Die Technologie lässt sich nicht nur nutzen, um eine hohe Nachfrage oder Angebotsüberschüsse auszugleichen. Mithilfe einer Smart-Grid-Schnittstelle ist es beispielsweise ebenso möglich, Anlagenausfälle vorherzusagen oder neue Arten der Energieversorgung zu erschließen.

Warum Smart Grids gebraucht werden

Die konventionellen Stromnetze sind auf Großkraftwerke ausgelegt, die beständig Energie produzieren. Im Zuge der Energiewende wird Strom jedoch zunehmend aus regenerativen Energiequellen wie Wind, Wasser und Sonne gewonnen. Die wesentliche Herausforderung dabei: Die Netze müssen auf die jeweilige Nachfrage- beziehungsweise Verbrauchssituation reagieren können, aber gleichzeitig stabil bleiben.

Die Infrastruktur mittels Smart Grids an die neuen Gegebenheiten anzupassen, ist vor allem aus zwei Gründen erforderlich: Einerseits stehen erneuerbare Quellen nicht an jedem Ort und zu jeder Zeit in gleichem Maße zur Verfügung. Andererseits trägt der Umstieg auf erneuerbare Energien dazu bei, dass Strom zunehmend dezentral erzeugt wird. Während früher einzelne Atom- oder Kohlekraftwerke ganze Städte versorgten, kommen zukünftig verstärkt kleinere Energieerzeugungsanlagen – vor allem Solaranlagen und Windräder – zum Einsatz, durch die der Abstimmungsbedarf steigt.

Was Smart Grids können sollen

Ein Smart Grid soll eine optimale Effizienz garantieren, indem es selbstständig auf die Stromnachfrage beziehungsweise das Stromangebot reagiert. Dazu zählt beispielsweise auch, dass das Netz gleichmäßig ausgelastet ist, Energie in Spitzenproduktionszeiten gespeichert und bei besonders hoher Nachfrage flexibel eingespeist wird. Die Aufgabe des Smart Grids besteht darin, die zur Verfügung stehende Energiemenge mit den entsprechenden Preisen zu messen und zu überwachen, um auf diese Weise für eine gleichmäßige Auslastung zu sorgen. Dies geht nur, wenn Informations- und Stromnetztechnik verschmelzen.

Ein Beispiel dafür ist eine private Photovoltaikanlage. Im Falle eines Angebotsüberschusses kann das Smart Grid die PV-Anlage drosseln, um Netzstabilität zu gewährleisten. Überschüsse lassen sich aber auch durch Lastverschiebung abbauen. Wird zu viel Strom erzeugt, könnte das Smart Grid etwa eine Wärmepumpe aktivieren, die Heizwärme erzeugt und diese im Pufferspeicher zwischenlagert. Es sind aber noch viele weitere Smart-Grid-Beispiele denkbar. Intelligente Stromnetze berücksichtigen beispielsweise auch Elektroautos, die zukünftig als Energiespeicher fungieren könnten.

Smart Meter: Kluge Netze brauchen kluge Zähler

Intelligente Stromzähler (Smart Meter) in den Haushalten der Stromverbraucherinnen und -verbraucher bilden das Rückgrat der Smart Grids. Die Messgeräte stellen eine gesicherte Verbindung zwischen Verbrauchsgeräten, Stromnetz und Energielieferanten her. Indem sie den Energieverbrauch erfassen, weiterverarbeiten und abrechnen, ermöglichen sie eine detaillierte Analyse des Stromverbrauchs.

Durch die komplexe Vernetzung von Geräten erkennen Verbraucherinnen und Verbraucher wie Energielieferanten, wo und wann Spitzen bestehen. Die Stromerzeuger und Netzbetreiber können auf Basis dieser Daten ihre Energieproduktion und Netzauslastung optimieren. Wer in einem Smart Grid Strom produziert, kann mithilfe der intelligenten Stromzähler zudem aktiv am Energiehandel teilnehmen.

Smart Grid: Die Vor- und Nachteile erläutert

Smart Grids stimmen Erzeugung, Speicherung und Verbrauch optimal aufeinander ab. Davon profitieren sowohl die energieproduzierenden Unternehmen als auch Verbraucherinnen und Verbraucher. Die nachfolgende Übersicht fasst die wichtigsten Vorzüge intelligenter Stromnetze zusammen:

• Integration erneuerbarer Energien: Erst Smart Grids ermöglichen die Einbindung einer wachsenden Anzahl dezentraler Erzeugungsanlagen in das Stromnetz.
• Dynamische Steuerung: In intelligente Stromnetze lassen sich Mechanismen zur Netzstabilisierung und zur Verbesserung der Versorgungssicherheit integrieren.
• Netzsynergien: Ein Smart Grid optimiert das lokale Netzmanagement und die lokale Energiebilanz der Verbraucherinnen und Verbraucher, trägt also zu einer effizienteren Energienutzung bei. Wer über eine smart-grid-fähige Wärmepumpe verfügt, kann diese über einen Smart-Grid-Wechselrichter beispielsweise mit der PV-Anlage auf dem Dach verbinden, um den eigenen Solarstrom effizient zu nutzen.
• Niedrigere Kosten: Auf lange Sicht reduzieren sich die Betriebs- und Verwaltungskosten der Energieversorger, wodurch die Strompreise sinken. Verbraucherinnen und Verbraucher haben außerdem die Möglichkeit, dann besonders viel Strom zu verbrauchen, wenn dieser günstig ist. Bisher gibt es allerdings nur wenige variable Stromtarife.
• Höhere Transparenz: Durch Smart Grids beziehungsweise Smart Meter erhalten Verbraucherinnen und Verbraucher einen genauen Einblick, wie viel Strom einzelne Geräte zu einem bestimmten Zeitpunkt verbrauchen oder erzeugen.

Auch wenn die Vorzüge überwiegen, hat ein Smart Grid Vor- und Nachteile. Als nachteilig erweisen sich vor allem die anfänglichen Investitionen, die für den Aufbau intelligenter Stromnetze erforderlich sind. Darüber hinaus sehen Fachleute die Erfassung des Verbrauchsverhaltens kritisch, da diese Rückschlüsse auf die Gewohnheiten der Verbraucherinnen und Verbraucher zulassen. Wo Daten übertragen werden, besteht außerdem immer das Risiko eines Hackerangriffs. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat für Smart Meter spezielle Sicherheitsanforderungen festgelegt.