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Derzeit liegt der Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland bei 30%, soll aber bis 2035 auf mindestens 60% gesteigert werden. Um dieses Ziel zu erreichen spielen Smart Grids eine wichtige Rolle, insbesondere um Leistungsspitzen abzufedern aber auch um für den nötigen Ausgleich zwischen Stromangebot und -nachfrage bei einem Unterangebot von Ökostrom auszugleichen. Dazu wird derzeit die Infrastruktur an Stromspeichern und Solarbatterien ausgebaut. Jedoch kann auch der Heizungskeller eine Rolle spielen. Beispielsweise können Smart-Grid-Ready fähige Wärmepumpen Stromüberschüsse speichern.
Lesen Sie hierzu den Gastbeitrag von Kerstin Bruns von Kesselheld:
Status Quo
Im Jahr 2016 lag der Anteil erneuerbarer Energiequellen an der Stromerzeugung bei knapp 30 Prozent. Davon stammen etwa 40 Prozent allein aus Windenergie. Der kleinste Anteil am Ökostrommix entfällt auf die Stromgewinnung aus Wasserkraft.
Bundesregierung plant grünes Energienetz
Ziel der Bundesregierung ist es, den Anteil erneuerbarer Energien bis 2025 auf mindestens 40 Prozent zu steigern. Bis 2035 sieht der Klimaschutzplan ein weiteres Wachstum auf mindestens 60 Prozent vor. Der Ausbau von Smart Grids ist ein wichtiger Hebel, um die ambitionierten Klimaschutzziele zu erreichen.
Herausforderungen regenerativer Stromerzeugung
Leistungsspitzen
Bei starkem Wind- und Solaraufkommen liefern Solaranlagen und Windparks Strommengen, die die bundesweite Nachfrage übersteigen. Durch diese Leistungsspitzen drohen Beschädigungen und Überspannungen im Stromnetz.
Unterangebot an Ökostrom
Aufgrund von geringem Wind und Sonnenschein erzeugen Photovoltaikanlagen und Windkrafträder weniger Strom als Verbraucher nachfragen. Hier sorgen zentrale Großkraftwerke mit der Stromproduktion aus fossilen Brennstoffen kurzfristig für den nötigen Ausgleich zwischen Stromangebot und -nachfrage. Dies bedeutet jedoch eine durchgehende Bereitschaft sowie ein häufiges Hoch- und Herunterschalten der Kraftwerke. Zusätzliche Kosten in der Stromversorgung und Stromausfälle bei nicht rechtzeitiger Rektion sind dabei mögliche Folgen.
Die Regelung fossiler Stromnetze war vergleichsweise gut planbar. Die Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen hingegen unterliegt Schwankungen. Denn Wind- oder Solarkraftanlagen liefern nur dann Strom, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Hier kommt das Smart Grid ins Spiel. Es stimmt die Schwankungen des Stromangebots erneuerbarer Energieanlagen und den wechselnden Bedarf im Netz aufeinander ab.
Auch der eigene Heizungskeller nimmt eine spannende Rolle in der Ausbalancierung der volatilen Stromerzeugung ein.
Zusammenspiel zwischen Heizung und Strom in einem Smart Grid
Heiße Sommertage und kräftige Windböen begünstigen ein Überangebot an Ökostrom. Smart-Grid-Ready fähige Wärmepumpen speichern diese Stromüberschüsse. Denn sie nehmen diese über eine SG-Ready Schnittstelle zu günstigen Preisen entgegen. Diese aufgenommene Energie wandelt die Wärmepumpe in Heizwärme um oder speichert sie zur späteren Nutzung in einem Heiz- und Brauchwasserspeicher.
Geringe Wind- und Solarleistungen führen zu einem Unterangebot an Ökostrom im Energienetz. Stromerzeugende Heizungen wie Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen speisen überschüssig produzierten Haushaltsstrom aus dem Heizungskeller in das Versorgungsnetz ein. Zusätzlich decken Kraftwerke die restliche Nachfrage an Strom aus fossilen Energien. Sowohl digitale Heizungen als auch Großkraftwerke gleichen somit das niedrige Ökostromangebot aus.
Smart Grid verbindet Haushaltsgeräte mit dem Stromnetz
Smart Grids ermöglichen sowohl die Einbindung digitaler Heizungen als auch sämtlicher technischer Haushaltsgeräte in ökologische Energienetze. Intelligente Zähler (Smart Meter) messen den Stromverbrauch in Echtzeit. Sie starten elektrische Verbraucher wie Wasch- und Spülmaschinen von selbst, wenn der Strom aus erneuerbaren Energieanlagen im Überschuss vorhanden ist und pausieren, wenn die Versorgung knapp wird. So lassen sich Leistungsspitzen abfangen. Gleichzeitig reduzieren Verbraucher auf diese Weise eigenständig ihre Heiz- und Stromkosten.
Smart Grid als intelligentes Netzwerk
Neben technischen Haushaltsgeräten und der eigenen Heizung, kommunizieren in einem Smart Grid auch Kraftwerke, Energieerzeuger und Energiespeicher untereinander. Smart Meter erfassen kontinuierlich Daten zur Erzeugung und Verbrauch von Strom. Zusätzlich senden sie den Stromverbrauch einzelner Haushalte automatisch an den Energieversorger. Auf diese Weise entsteht ein intelligentes Stromnetz, das Leistung und Verbrauch bedarfsorientiert aussteuert.
Künftig sind Smart Grids und intelligente Heiztechnik Voraussetzungen für Stabilität in einem grünen Energienetz.
Die vollständige Infografik finden Sie auf der Homepage von Kesselheld.
Bildquelle oben: Pixabay
„Derzeit liegt der Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland bei 30%, …“
Diese Aussage ist falsch. Der Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch von Deutschland lag laut BMWi Ende 2016 bei 12,6% (Ende 2015 waren es 12,5 %).
„… soll aber bis 2035 auf mindestens 60% gesteigert werden.“
Auch das ist so nicht korrekt. Die aktuellen Ausbauziele lauten:
2025: 40 bis 45 %
2035: 55 bis 60 %
2050: mindestens 80 %
„Heiße Sommertage und kräftige Windböen begünstigen ein Überangebot an Ökostrom. Smart-Grid-Ready fähige Wärmepumpen speichern diese Stromüberschüsse.“
Wo speichert eine Wärmepumpe diese Stromüberschüsse (und dann auch noch ausgerechnet im Sommer)? Eine übliche Heizung mit Wärmepumpe hat einen minimalen Pufferspeicher. Außerdem haben Wärmepumpen ja bekanntlich die Eigenschaft, dass nur ein geringer Bruchteil der erzeugten Wärmeenergie in Form von Strom zugeführt werden muss. Der Effekt auf den Stromverbrauch dürfte also marginal sein.
„Stromerzeugende Heizungen wie Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen speisen überschüssig produzierten Haushaltsstrom aus dem Heizungskeller in das Versorgungsnetz ein.“
Und was ist dabei die Regelgröße? Der Heizbedarf, oder der Strombedarf? Also was geschieht z.B., wenn im Winter die Windräder mal wieder das Stromnetz fluten? Muss dann die Heizung aus bleiben, weil der Strom nicht eingespeist werden kann (oder darf)? Die Frage ist eher rhetorisch gemeint – denn dass selbst Blockheizkraftwerke mit angeschlossenem Fernwärmenetz Aufgrund des Überangebots an Windstrom abgeschaltet werden müssen (und somit Wohnungen nicht geheizt werden), ist ja bereits heute gängige Praxis.
Und wenn im Sommer (nachts) Strommangel herrscht, wird der Besitzer eines Blockheizkraftwerks gezwungen, die Wohnungen zu beheizen?
Vielen Dank für die Anregungen und die detaillierte Stellungnahme zum Artikel. Ich freue mich sehr über Ihr Interesse an der Thematik.
Hinsichtlich der Klimaschutzziele ist zwischen Stromverbrauch und Stromerzeugung zu unterscheiden. Die im Artikel dargestellten Werte beziehen sich auf die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie veröffentlicht dazu auf seiner Internetseite die entsprechenden Prozentwerte, auf die sich auch die Grafiken in diesem Artikel beziehen.
Ihre Anmerkungen zu den Heizungen sind durchaus nachvollziehbar. Zu beachten ist, dass es sich hier um eine vereinfachte Darstellung mit abstrahierten Aussagen handelt, um ein Verständnis der Beziehung zwischen Smart Grids und der Heizung zu schaffen. Selbstverständlich spielen Situationen, wie von Ihnen geschildert ebenfalls eine Rolle, führen aber zu einer steigenden Komplexität für ein erstes Durchdringen der Thematik. Selbstverständlich kann man aber auch hier noch weiter ins Detail gehen.
Zur Wärmepumpe als Stromspeicher: Überschüssige Wärme speichert die Wärmepumpe in einem ausreichend dimensionierten Pufferspeicher. Netzbetreiber erhalten in einem Smart Grid Zugriff auf die Leistung der Wärmepumpe und erhöhen diese bei Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien. Um das Überangebot abzufangen werden die Temperaturen im Heizungs- und Warmwasserspeicher erhöht. Zur Information: Wärmepumpen lassen sich im Sommer auch zur Kühlung einsetzen, indem die Wärmepumpenfunktion umgekehrt wird.
Zum Hinweis zum Strommangel in Sommernächten: Im Sommer können Photovoltaikanlagen in Kombination mit einem Batteriespeicher den Mangel gemeinsam mit der Stromerzeugung aus fossilen Energien überbrücken. Da sich der Artikel auf die Rolle der Heizung in einem Smart Grid bezieht, steht dies jedoch in diesem Kontext nicht im Fokus.
Zu den KWK-Anlagen: Die Verbindung zwischen Smart Grid und BHKW bilden IKT Gateways. Mit dessen Hilfe lassen sich Netzwerke miteinander koppeln. Energieversorger erhalten über das Gateway auch aus der Ferne Zugriff auf die Heizung und können deren Leistung schon frühzeitig an die Situation im Stromnetz anpassen.
Das Ziel eines Smart Grids ist die zielgerichtete Aussteuerung von Ökostromangebot und -bedarf. Sicher gibt es hier auch noch Herausforderungen für die Energienetze. Der Artikel zeigt, dass auch die eigene Heizung dabei künftig eine spannende Rolle einnehmen kann.
Ich hoffe dies beantwortet Ihre Fragen
Herzliche Grüße
Kerstin Bruns