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Volatile Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien macht es erforderlich, Netze, Erzeugung und Verbrauch effizienter zu koordinieren. Die bedarfs- und verbrauchsorientierte Lösung sind Smart Grids – ein intelligentes Stromnetz, das den Strom besser verteilt. Sie verhindern eine Über- und Unterspannung und sorgen durch die Verteilung des Stroms nach Bedarf für eine stabile Versorgung. Was Smart Grids genau sind und welchen Nutzen sie haben, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Ohne Smart Grids keine Energiewende
Deutschland hat sich bis 2045 das Ziel gesetzt, bis dahin Treibhausneutralität zu erreichen und keine fossile Brennstoffe mehr zu verwenden. Für eine klimafreundliche Energieversorgung benötigen wir weltweit eine funktionsfähige Alternative. Damit die Lücke in der Stromversorgung geschlossen werden kann, benötigen wir erneuerbare Energien. Eine andere Herangehensweise wäre es, die Stromnutzung sowie das Stromnetz zu optimieren. Dadurch kann der Gesamtverbrauch reduziert und Ressourcen intelligenter genutzt werden. Hier setzen Smart Grids an.
Definition: Was sind Smart Grids?
Der Begriff „Smart Grids“ (deutsch: intelligentes Stromnetz) bezeichnet die kommunikative Anbindung aller Akteure des Energiesystems von Erzeuger über Transport, sowie die Speicherung, die Verteilung und den Verbrauch. Die Idee dahinter ist, dass jedes Gerät an das Stromnetz angeschlossen und mithilfe von „Plug & Play“ in das System aufgenommen wird. Anstelle der herkömmlichen Stromzähler treten dann moderne intelligente Messsysteme (Smart Meter). Wann Smart Meter Pflicht werden, ist gesetzlich geregelt. Damit das intelligente Netz funktioniert, müssen die Teilnehmer ihre Verbräuche über das Grid kommunizieren. Im Rahmen des Gesetzes der „Digitalisierung der Energiewende“ sind Smart Meter seit 2017 Pflicht. Jeder Stromzähler muss bis 2032 digital sein.
Smart Grids (intelligente Stromnetze) kombinieren demnach Erzeugung, Speicherung und Verbrauch in einem. Eine zentrale Steuerung sorgt dafür, dass sie optimal aufeinander abgestimmt sind und Leistungsschwankungen ausgeglichen werden. Diese Schwankungen entstehen vor allem durch fluktuierende erneuerbare Energien.
Funktionsweise: Wie funktionieren Smart Grids?
Der Smart Meter – ein intelligentes Messsystem – dient als Helfer im Smart Grid. Sie messen den Stromverbrauch oder die eingespeiste Strommenge, um auf Basis dessen eine Abrechnung zu erstellen. Gleichzeitig verzeichnen sie auch Spannungsausfälle und versorgen Netzbetreiber mit wichtigen Daten.
Eine Vernetzung erfolgt hierbei durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) und dezentral organisierten Energiemanagementsystemen, um die einzelnen Komponenten zu koordinieren. Demzufolge werden in einem Smart Grid nicht nur Energie, sondern auch Daten transferiert. Dies ist hilfreich für Netzbetreiber, um in kurzen Abständen Informationen zur Energieproduktion und -verbrauch zu erhalten. Zuvor hatten die Netzbetreiber keine Einsicht, wann und wo eine dezentrale Erzeugungsanlage – z.B. eine private Solaranlage – Strom ins Netz eingespeist hat. Dadurch können alle Beteiligten – von Erzeuger über Abnehmer bis hin zu Netzbetreiber – miteinander kommunizieren.
Smart Meter: Ein intelligentes Messsystem für die Energiewende
Durch das intelligente Messsystem wird selbst die intelligente Steuerung von Verbrauchs- und Speicheranlagen im Haushaltsbereich möglich. Der Verbraucher erhält Einblicke in seinen Verbrauch und kann Stromkosten sparen. Das Messsystem (Smart Meter) stellt die digitale Infrastruktur für die Energiewende dar. Über das geschützte Datenvermittlungssystem der Smart Meter sollen auch Stromverbrauchsdaten für Elektroautos und Infrarotheizungen ausgetauscht werden.
Relevanz: Warum Smart Grids in Zukunft besonders wichtig sind
Smart Grids sind eine wichtige Voraussetzung für den Umstieg auf erneuerbare Energien. Im Zuge der am 1. Januar 2023 in Kraft getretenen Steuererleichterungen für kleine Solaranlagen ist in Zukunft mit einer höheren Nachfrage nach PV-Anlagen zu erwarten. Ferner wird der Wunsch nach einer alternativen Energieversorgung in den nächsten Jahren – nicht nur aufgrund steigender Preise – immer stärker. Somit ist anzunehmen, dass der Anteil der Selbsterzeuger höher wird und mehr Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird. Ist der Anteil an „unkoordinierten Einspeisungen“ zu hoch, steigt das Risiko der Netzinstabilität.
Nur durch intelligente Vernetzung, Lastmanagement und Flexibilisierung der Nachfrage können erneuerbare Energien effizient genutzt und die Netzauslastung optimiert werden. Mithilfe des Smart Meter und durch drahtlose IoT-Geräte (Internet of Things) lassen sich große Datenmengen an Versorgungsunternehmen senden. Diese werten sie aus und können abschätzen, wann die Nachfrage am höchsten sein wird. Für Verbraucher haben sie den Vorteil, eine genauere Abrechnung zu liefern.
Smart Grids und Stromausfälle
Ferner können Smart Grids bei einem Stromausfall sicherstellen, dass die Stromversorgung automatisch weitergeleitet wird. Demzufolge können sie das Stromnetz widerstandsfähiger machen und für eine stabile Versorgung sorgen. Dadurch sind die Auswirkungen im Falle eines Stromausfalls für private Haushalte und Unternehmen nur gering spürbar. Überdies können die Sensoren auch Fehler an der Anlage früh erkennen, sodass ein Ausfall verhindert werden kann.
Weiterentwicklung bestehender Netze
Das vorhandene Stromnetz ist oftmals mehrere Jahre alt und nicht auf dem neusten Stand der Technik. Smart Grids sollen das Netz weiterentwickeln und für mehr Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit sorgen. Außerdem sollte es die Aufgabe der Smart Grids sein, innovative Ideen und Services zu fördern.
Gleichzeitig soll ein Smart Grid, Störungen eigenständig erkennen und reparieren können; es muss skalierbar sein und Endgeräten eine nahtlose Zusammenarbeit ermöglichen. Ein intelligentes Netz soll Elektrizität bereitstellen und bestenfalls viele erneuerbare Energiequellen nutzen.
Die Technologie der Smart Grids
Hinter einem Smart Grid befinden sich unterschiedliche Technologien, vor allem drahtlose oder kabelgebundene Kommunikationslösungen sowie ausgeklügelte Sensor- und Messtechniken für die Kontrolle einzelner Elemente. Hierbei spielen Smart Meter eine zentrale Rolle bei der Smart-Grid-Technologie. In Zukunft ist es das Ziel, dass diese Messsysteme die herkömmlichen Stromzähler irgendwann vollständig ablösen.
Anfangs sorgte der RS-232- und RS-485-Stecker als Kommunikationslösung. Später wurde er vom Ethernet und der damit einhergehenden Erhöhung der Bandbreite abgelöst. Drahtlose Lösungen blieben zunächst auf Störungsüberwachungsanlagen im Übertragungs- und Verteilerbereich beschränkt. Da die alte kabelgebundene Lösung für 20 bis 30 Jahre ausgelegt waren und nach wie vor zuverlässige Verbindungen gewährleisten, ergibt der Austausch einer gesamten Netzinfrastruktur aus finanzieller Sicht aktuell noch keinen Sinn. Selbst wenn drahtlose Lösungen kostengünstiger sind. Demgegenüber steht bei drahtlosen Lösungen auch immer die Frage nach der Sicherheit aus, denn Daten könnten abgefangen werden.
Nichtsdestotrotz kann man davon ausgehen, dass die alten Messsysteme in Zukunft durch die neuen Smart-Meter-Systeme ersetzt werden. Vor allem, weil es rechtlich vorgeschrieben ist.
Sensoren und Messtechnik für intelligente Stromnetze
In einem intelligenten Stromnetz werden verschiedene Parameter wie Spannungen und Ströme analysiert und überwacht, die sich je nach Energiequelle unterscheiden können. Durch die zunehmende Zahl an Stromerzeugern werden die Kontrolle und Stabilisierung der Netzbelastung immer komplizierter. Netzbetreiber brauchen exakte Daten der Verteilereinrichtungen.
Für die Ermittlung der Lastflussdynamik sind Sensoren notwendig, die nach dem Hall-Effekt oder dem magnetoresistiven Effekt funktionieren. Darüber hinaus spielt die Temperatur eine wichtige Rolle, die in Verteiler- und Übertragungseinrichtungen besteht. Bei einer Überlandleitung variiert die Strombelastbarkeit je nach Temperatur.
Bei erneuerbaren Energien kommen weitere Sensoren ins Spiel; bei der Windkraft sind das Sensoren, die das Verhalten der Windräder überwachen. Ziel ist es, eine Verformung oder Vibration frühzeitig zu erkennen. Auch Solaranlagen unterliegen der ständigen Kontrolle, um sicherzustellen, dass sie die nötige Leistung erbringen. Bei Biogasanlagen sind es hingegen Sensoren, die beispielsweise die Temperatur, Gase, den Druck und den pH-Wert analysieren.
Der Speicher im intelligenten Stromnetz
Der Speicher ist nicht nur beim eigenständigen Stromerzeugen mittels erneuerbarer Energien ein wichtiges Thema, sondern auch bei Smart Grids. Ein gutes Stromnetz kommt nicht ohne einen effizienten Speicher aus, da Wind- und Solarenergie wetterabhängig ist. Das Stromnetz benötigt jedoch eine konstante Spannung: Heimspeicher, Batteriebanken, Kondensatorbanken und Akkus von Elektrofahrzeugen sind in der Lage, Über- und Unterspannungen im Smart Grid auszugleichen.
Smart Grids und Elektroautos
Elektrofahrzeuge können demnach gleichzeitig Verbraucher und Zwischenspeicher sein. Dieses Konzept wird als Vehicle-2-Grid (V2G) bezeichnet. Hierbei handelt es sich um die Abgabe von elektrischem Strom aus dem Akku von Elektroautos zurück ins öffentliche Stromnetz. Die Batterien der Elektrofahrzeuge werden mithilfe der Smart Charging Energie gespeichert und bei Stromlastenspitzen via Rückspeisung wieder an das Smart Grid zurückgegeben. In Zukunft werden immer mehr Elektrofahrzeuge genutzt werden, wodurch das Netz stärker belastet wird.
Anhand einer intelligenten Verwaltung können Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV) und Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) Spitzenlasten vermeiden und gleichzeitig als Speicherquelle für überschüssige Energie genutzt werden. Für diese Dienste und Funktionen ist jedoch eine komplexere Kommunikation notwendig. Die Breitband-PLC-Spezifikation IEEE P1901.2 Homeplug Green PHY (HPGP) gilt als das beste Protokoll für eine stabile Kommunikation bei hoher Datenlast. Nachdem der Ladevorgang gestartet wurde, wird die Kommunikation hergestellt. Das Elektrofahrzeug und der Ladepunkt tauschen dann Informationen (z.B. Konfiguration, Zeitstempel, Tarife, Kunden-IDs, Standorte) aus.
Quelle / Weiterlesen
Intelligente Netze | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Was sind eigentlich „Smart Grids“? | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Smart Grids: Aufbau, Definition und Funktionen | E.ON
Bildquelle: Pixabay
„Smart Grids (intelligente Stromnetze) kombinieren demnach Erzeugung, Speicherung und Verbrauch in einem. Eine zentrale Steuerung sorgt dafür, dass sie optimal aufeinander abgestimmt sind und Leistungsschwankungen ausgeglichen werden.“
Aha.
In Zukunft soll es also eine zentrale Datenkrake geben, die zu jedem Zeitpunkt den exakten Stromverbrauch jedes einzelnen Stromanschlusses, also insbesondere jedes einzelnen Haushaltes bzw. – noch besser – jedes „Things“ des „Internet of Things“ kennt.
Diese zentrale Überwachungsstelle kennt also faktisch den Tagesablauf jedes Bürgers.
Und wozu soll das dann anschließend gut sein?
„Nur durch intelligente Vernetzung, Lastmanagement und Flexibilisierung der Nachfrage können erneuerbare Energien effizient genutzt und die Netzauslastung optimiert werden.“
Ahja. Man kann also den zunehmend knapp werdenden Strom gezielt zuteilen. Je nach Wichtigkeit des jeweiligen Verbrauchers (also letztlich Bürgers). Ein Landrat bekommt also länger Strom als ein Bürgermeister und der länger als ein einfacher Handwerker, der immerhin noch länger Strom erhält, als der alleinerziehende Vater und am Ende der Hackordnung steht der Singlehauhalt in einer Sozialwohnung. Natürlich kann man auf diese Weise auch notorischen Nörglern ganz einfach gezielt den Saft abdrehen.
Schöne neue Welt.
„Ferner können Smart Grids bei einem Stromausfall sicherstellen, dass die Stromversorgung automatisch weitergeleitet wird.“
Genial. Wenn also in Zukunft ein Erdkabel von einem Bagger oder eine Freileitung von einem umstürzenden Baum beschädigt wird, dann ist das endlich kein Problem mehr, weil sich die Intelligenz des Netzes um diesen Schaden kümmern wird. Monteure, die das bisher in mühsamer Handarbeit erledigen mussten, können sich also schonmal um eine Umschulung kümmern.
Und auch der Ausfall ganzer Kraftwerke wird in diesem Überwachungsstaat kein Problem mehr darstellen, denn:
„Elektrofahrzeuge können demnach gleichzeitig Verbraucher und Zwischenspeicher sein. Dieses Konzept wird als Vehicle-2-Grid (V2G) bezeichnet. Hierbei handelt es sich um die Abgabe von elektrischem Strom aus dem Akku von Elektroautos zurück ins öffentliche Stromnetz.“
Das sieht bestimmt lustig aus, wenn all die Elektroautos ein Stromkabel hinter sich her ziehen.
Aha, Hentinger hat wieder zugeschlagen. Und hat sich wieder selbst übertroffen. Kein Kommentar nötig…
Mal im Ernst: Es wird Zeit, dass das Smart Grid so schnell wie möglich eingeführt wird.
Manche befürchten vielleicht, dass es smarter als sie selbst wird…
@Alex1
„Kein Kommentar nötig…“
Ihr argumentatives Vakuum ist hier tatsächlich bereits hinreichend bekannt.
„Manche befürchten vielleicht, dass es smarter als sie selbst wird…“
Sicher. Zum Beispiel Leute, die schon heute mit banalen Tätigkeiten wie das Bedienen eines Automobils so hoffnungslos überfordert sind, dass sie sich deshalb über jedes neue „künstlich intelligente“ Helferlein von der Automobilindustrie wie ein Kleinkind freuen – jedenfalls so lange, bis diese künstliche Dummheit einen die Straße querenden Sattelschlepper mit einer Schilderbrücke verwechselt, oder die fehlende Randmarkierung der Straße so interpretiert, dass an dieser Stelle schon grundsätzlich keine Kurve vorhanden sein kann.
Dabei sollte doch eigentlich jeder Autofahrer wissen, dass zur Regelung der Energiezufuhr zum Ausgleich der Lastschwankung ein Drehzahlmesser oder indirekt auch ein Geschwindigkeitsmesser vollkommen ausreicht und sich aus dem Hinzufügen tausender weiterer Instrumente zur Anzeige von all den diese Last beeinflussenden Parametern (Temperatur, Windgeschwindigkeit, Reifendruck, Geländesteigung usw. usf.) überhaupt kein Regelungsvorteil ergeben würde.
Jeder der dieses Prinzip verstanden hätte, wüsste gleichzeitig auch, warum die banal und instantan ermittelbare Netzfrequenz vollkommen dafür ausreicht, sowohl Stromerzeuger als auch Stromverbraucher exakt aufeinander abzustimmen und Milliarden parallel agierende „intelligente“ Sensoren schon aufgrund der Informationslaufzeiten und der Zeit für die notwendige Aufbereitung dieser Datenflut nicht einmal ansatzweise dazu in der Lage sind, der simplen analogen Lösung auch nur das Wasser zu reichen, geschweige denn gegenüber dieser Lösung irgend einen auch nur erwähnenswerten Vorteil zu bieten. (Also mal von dem Vorteil abgesehen, der sich daraus für Konzerne wie Siemens ergibt.)
Der „Bericht“ scheint direkt aus der PR-Abteilung von RWE zu stammen. Ein reiner Propagandaartikel zur Beförderung des in jeder Hinsicht – für die Verbraucher, volkswirtschaftlich und für das Klima – fatalen Geschäftsmodels der großen Energiekonzerne. Gespickt mit Falschaussagen zur Manipulation der öffentlichen Meinung. Hier nur zwei wesentliche Kritikpunkte in Ergänzung zu den Aussagen von „Hentinger“:
„Nur durch intelligente Vernetzung, Lastmanagement und Flexibilisierung der Nachfrage können erneuerbare Energien effizient genutzt werden.“
Bereits die Ausschließlichkeit des „nur“ und die damit behauptete Alternativlosigkeit ist durchsichtig und eine glatte Lüge. Das Gegenteil ist richtig: Die effizienteste und intelligenteste Erzeugung und Nutzung der Erneuerbaren Energien erfolgt dezentral, d.h. lokal und regional. Dazu braucht es kein Milliarden teures, die ganze Republik überspannendes Hoch- und Höchstspannungsnetz, kein „Super Grid“, das durch das „Smart Grid“ betriebswirtschaftlich weiter optimiert wird. Bereits heute machen die Netzkosten rund ein Viertel unserer Stromrechnungen aus, Tendenz stark steigend. – Und füllen den Konzernprofiteuren die Kassen.
Ein dezentrales Energiesystem braucht auch keine zentral liegenden Gas-Kondensationskraftwerke, wie sie jetzt von den Konzernen und ihrem neuen Oberlobbyisten, dem „grünen“ „Klimaschutz- und Energiewendeminister“ Habeck, in großer Zahl als „sicheres“ Back-up für den volatilen regenerativen Strom bzw. zur Abdeckung des gigantischen Strombedarfs zusätzlich für das Fahren, Heizen und Produzieren mit Strom geplant sind. Mehr betriebswirtschaftliche Optineirung geht nicht, so die dahinter stehende „Idee“. Allein diese Kraftwerke, die 50 Prozent der verbrannten Primärenergie – „perspektivisch“ Wasserstoff – als Abwärme verschwenden (ökologisch und ökonomisch ein Wahnsinn für die Verbraucher und volkswirtschaftlich) benötigen das Hochspannungsnetz zur europaweiten „Verteilung“ über die „Märkte“. Alles wieder zum Zweck der weiteren Gewinnmaximierung. Davon jedoch kein Wort.
„Ein gutes Stromnetz kommt nicht ohne einen effizienten Speicher aus, da Wind- und Solarenergie wetterabhängig ist.“
So weit richtig. Was dann jedoch als „effiziente Speicher“ angeführt wird, ist absurd und verschleiert die dahinter stehende Absicht, lediglich das bestehende zentrale System aus Großkraftwerken, Hochspannungsnetz und regenerativen Großerzeugungsanlagen, die sich zunehmend allein im Besitz der Energiekonzerne befinden, zu optimieren: „Das Stromnetz benötigt jedoch eine konstante Spannung: Heimspeicher, Batteriebanken, Kondensatorbanken und Akkus von Elektrofahrzeugen sind in der Lage, Über- und Unterspannungen im Smart Grid auszugleichen.“
– Eine Ansammlung ökologisch fataler, maßlos überteuerter und in der Praxis kaum im benötigten Umfang realisierbarer „Speicher“.
Was wir tatsächlich brauchen, ist eine – deutlich kostengünstigere und ungleich effizientere – dezentrale Energieversorgung auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung mit den dazugehörenden flächendeckenden Fern- und Nah-Wärme-Netzen als Basisinfrastruktur für die Einbindung der lokalen und regionalen Regenerativen. Alles allein in der Hand von gemeinnützig ausgerichteten Stadt- und Gemeindewerken, die auch die Elektrolyseanlagen für die Erzeugung von Wasserstoff aus dem in diesem System in großen Mengen anfallenden Überschussstrom in Kombination betreiben, dem einzig wirklich ökologischen, sinnvollen, hocheffizienten und kostengünstigen Energiespeicher.