Smart Grid: Die Zukunft der intelligenten Stromnetze

Stell dir folgende Situation vor: Du hast eine Solaranlage am Dach, die mit einem intelligenten Netzwerk verbunden ist. Dieses Netzwerk schafft es, dein Verbrauchs- und Einspeiseverhalten ganz genau zu analysieren. Zusätzlich koordiniert es die Verteilung und Speicherung der Energie so intelligent, dass du immer optimal mit Strom versorgt bist. Klingt gut, oder? Dieses sogenannte Smart Grid ist laut Definition des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) “[...] ein Energienetzwerk, das das Verbrauchs- und Einspeiseverhalten aller Marktteilnehmer, die mit ihm verbunden sind, integriert. Es sichert ein ökonomisch effizientes, nachhaltiges Versorgungssystem mit niedrigen Verlusten und hoher Verfügbarkeit.“. Dieses Stromnetz ist also so intelligent, dass es genau weiß, wie viel wo und wann verbraucht und produziert wird. Ein ziemlich wichtiges System.

Immerhin erzeugen grüne Energiequellen nicht permanent Strom. Scheint keine Sonne oder weht kein Wind, also wird auch kein Strom erzeugt. Scheint dagegen tagsüber permanent die Sonne oder weht der Wind konstant und viel, gibt es einen Überschuss an Strom. Hier kommt Smart Grid ins Spiel. Die Technik sorgt für ein stabiles Stromnetz, um diese natürlichen Schwankungen auszugleichen. Ein Smart Grid reagiert selbstständig auf Angebot und Nachfrage von Strom und gewährleistet so eine optimale Effizienz. Er kombiniert Stromerzeugung, Stromspeicherung und Stromverbrauch. Eine integrierte Zentralsteuerung stimmt diese drei Komponenten aufeinander ab und gleicht Leistungsschwankungen im Netz aus.

Ein weiterer wichtiger Komponent im System ist ein mit dem Smart Grid verbundener intelligenter Zähler (Smart Meter). Dieses Messgerät stellt mittels einer Kommunikationseinheit (Smart-Meter-Gateway) eine sichere Verbindung zwischen Verbrauchern, Stromnetz und Energielieferanten her. Der Smart Meter kann Daten senden und empfangen. Die erfassten Daten werden direkt an den Stromanbieter übermittelt, so muss niemand mehr kommen, um den Strom abzulesen. Gleichzeitig kann der Smart Meter über das Modul auch Daten empfangen. Perfekt zum Beispiel, bei einer Überproduktion der PV-Anlage. In diesem Fall kann der Solarstrom direkt zu einem Stromverbraucher – zum Beispiel einer Wärmepumpe oder einer Ladestation – gesendet werden. Das steigert wiederum den Eigenverbrauch und spart Stromkosten.

Intelligente Systeme sind für die Stromproduktion mit erneuerbaren Energiequellen unerlässlich. Denn je mehr Solaranlagen, Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge es gibt, desto mehr Probleme treten  im Bereich der Spannung auf. Die aktuellen Netze sind noch nicht auf die neue Technologie ausgelegt. Folglich werden teilweise Trassen kurzfristig vom Netz genommen, weil sie zu dünn sind und die hohe Spannung nicht aushalten. Und das, obwohl gerade dann viel erneuerbare Energie erzeugt wird. Aktuell bieten Stromspeicher noch keine ausreichende Kapazität, um diesen Überschuss auffangen zu können. 

Smart Grid schafft hier flexiblere Möglichkeiten. Zum Beispiel indem der Strom flexibler erzeugt wird. Dafür kombiniert man regionale Verbraucher mit Energiespeichern. Zuletzt können Prognosen zum Verbrauch aufgestellt werden, anhand derer das System dann läuft. Energie effizient nutzen und möglichst immer verfügbar zu machen, sind Aufgaben und Ziele von Smart Grid. Dafür braucht es eine stabile Kommunikationsgrundlage.

Intelligente Kommunikationstechnologien bilden die Basis von Smart Grid. Dazu gehören folgende Aufgaben:

1. Fehler-Analyse- und Management

2. Steuerung der Verbraucher

3. Datenkommunikation und Informationsmanagement

4. Fehlerbehebung durch effiziente Netzanalysen

Mehr E-Autos bedeuten nicht zwingend eine höhere Auslastung des Stromnetzes. Mithilfe von Smart Grid können E-Autos das Stromnetz sogar unterstützen. Überschüssige Energie wird dafür in den Batterien von Elektroautos gespeichert und bei Bedarf wieder eingespeist. E-Autos werden so als Fahrzeug und Batteriespeicher in intelligente Stromsysteme integriert. Das nennt sich bidirektionales Laden oder auch Vehicle-to-Grid (V2G). Weil Autos im Schnitt nur 40 Minuten täglich genutzt werden, kann in der Zwischenzeit viel Strom gespeichert werden. E-Autofahrer bestimmen dann selbst, wann der Akku voll geladen sein muss. 

Zudem können sie festlegen, wie viel Prozent der Akkukapazität für die Einspeisung ins Netz freigegeben werden. Durch das regelmäßige Be- und Entladen des Akkus sollen Batterien laut Forschern der britischen University of Warwick sogar bis zu zehn Prozent länger halten. Auch das Energiemanagementsystem Heartbeat von 1KOMMA5° kann deine Stromversorgung intelligent steuern. Der tagsüber produzierte Solarstrom kann im Stromspeicher zwischengelagert und nachts, wenn das E-Auto an die Wallbox angeschlossen ist, verbraucht werden.

Die Stromproduktion erneuerbarer Energien wird immer je nach Wetter schwanken. Während Smart Grid die Auslastung auf Netzseite intelligent verteilt, steuert und ausgleicht, braucht es auf der Verbraucherseite zum Beispiel Heartbeat. Der intelligente Energiemanager sorgt dafür, dass sich der Verbrauch nach der Erzeugung und Verfügbarkeit richtet. Das geschieht, indem er zeitlich flexible Lasten bei Überproduktion steuert und optimal und präventiv auf die zu erwartende Erzeugung abstimmt. Dieser Ablauf funktioniert wiederum mithilfe von intelligenten Kommunikationstechnologien und E-Autos in Kombination mit der Wallbox. Das intelligente Stromnetz Smart Grid wird also in Zukunft immer wichtiger werden. Damit lässt sich nicht nur mehr Strom verbrauchen, sondern auch einiges an Geld sparen.

Erfahre in einem weiteren Artikel mehr über den Smart Meter Rollout von 1KOMMA5°.