Smart Grid – Intelligente Stromnetze für die erhoffte Energiewende

Clevere Kombi für die Energiewende: Power-to-Gas und Smart Grid

Smart Grid - Intelligente Stromnetze für die erhoffte Energiewende

Das Smart Grid ist eine wichtige Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende – also eine intelligente Steuerung, die alle Energiequellen koordiniert und Strom nicht nur ins Netz einspeist, sondern bei Bedarf auch „zurücknehmen“ kann. Für diese Anforderung sind Power-to-Gas-Anlagen ein großer Hoffnungsträger.

Aufmacherbild: (C) TheSimpleChemics /

Schon mal eine Power-to-Gas-Anlage selbst gebaut? Vermutlich eher nicht. Aber wenn Sie die Idee fasziniert, zeigen Ihnen zwei -Chemiker, wie es geht – mit nur wenigen Zutaten aus dem Haushalt. Alexander Giesecke und Nicolai Schork demonstrieren das Grundprinzip von „Power to Gas“ in ihrem Nachhilfe-Channel auf – Art – und probieren das Konzept „Power-to-Gas“ (P2G) kurzerhand selbst aus.

Bewaffnet mit einer kleinen Haushaltsbatterie, Bechern, Reißnägeln, Reagenzgläsern, einem Tütchen Kaiser-Natron und destilliertem Wasser wandeln sie elektrischen Strom in chemische Energie um und fangen diese als Gas auf. Das lassen die beiden Chemiker anschließend per Feuerzeug mit einem „Plopp“ verbrennen – und beweisen so in Ihrem gut 6-minütigen Video: Das kleine Kraftwerk funktioniert!

Diese Demonstration verdeutlicht das vergleichsweise einfache Prinzip, mit dem in großen Anlagen überschüssiger Strom aus Windkraft und Solaranergie in Wasserstoff oder Methan umwandelt  wird. Das Gas kann dann in die bereits bestehenden Gasnetze gepumpt und dort gespeichert werden.  Dabei ist diese Idee gar nicht ganz neu – vorgeschlagen wurde sie bereits Mitte des 19. Jahrhunderts.

Aus erneuerbaren Energien Gas machen – und dann verbrennen. (C) DVGW

Power-to-Gas unterstützt das Smart Grid als flexibler Energiespeicher

Praktischerweise schlängelt sich bereits ein gigantisches Gasnetz durch Deutschland, mehr als 450.000 Kilometer stehen theoretisch zur Verfügung. Hinzu kommt, dass der Verbrauch von lokalem Erdgas rückläufig ist, wodurch freie Kapazitäten in den Gasnetzen zu erwarten sind.

Allein in diesen Speichern könnte, so der Gasfachverband DVGW, der gesamte deutsche Strombedarf für fast drei Monate in Gasform eingelagert werden.

Damit nicht genug, rechnet die halbstaatliche Deutsche Energie-Agentur (dena) auf ihrer Strategieplattform vor, dass das Gasnetz durch Erweiterungen und Neubauten bis zum Jahr 2025 sogar noch um gut die Hälfte größer werden soll.

Power-to-Gas-Projekte laufen in immer mehr Gebieten in Deutschland. (C) DVGW[attention type=yellow]

Die Idee hinter der Einlagerung von Gas: Was gespeichert wird, kann auch wieder abgerufen werden – wann immer es erforderlich wird.

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In der Nacht oder bei wenig Wind, wenn erneuerbare Energien naturgemäß ins Hintertreffen geraten, „reaktiviert“ man sozusagen die zuvor „zu viel“ gewonnene Energie: In Gaskraftwerken lässt sich das Gas wieder zu Strom umwandeln und beispielsweise ein Blockheizkraftwerk für das Strom- und Fernwärmenetz antreiben.

Der gewonnene Wasserstoff könnte aber auch Autos mit Brennstoffzellen antreiben, von denen immerhin schon gut 1000 auf deutschen Straßen unterwegs sind. Selbst die Rückeinspeisung ist möglich: Der Akku des Elektroautos, der nachts günstig mit Windgas-Strom geladen wurde, gibt seine Energie tagsüber ins Stromnetz ab – je nach Bedarf.

Smart Grid: Das Stromnetz muss intelligent werden

Um genau diesen Bedarf adäquat zu berechnen und die Verteilung zu koordinieren, kommt IT ins Spiel.

Genauer gesagt das Smart Grid – also das intelligente Stromnetz, das den wechselseitigen Beziehungen und Auswirkungen mit einer effizienten Steuerung gerecht wird.

In Zukunft spielen dezentrale Elektrizitäts-Versorgungs-Konzepte eine immer größere Rolle, prophezeit der DVGW und rechnet deshalb mit einem verstärkten Netzausbaubedarf und steigenden Anforderungen an diese dezentralen Anlagen.

Das Gasnetz bietet dem Smart Grid die größten Speicherkapazitäten in Deutschland. (C) DVGW

Je nachdem, auf welche Anlagen-Arten sich dieser Ausbau konzentriert, wären unterschiedliche Nutzeneffekte realisierbar – beispielsweise könnte sich der Netzausbau im Strom- und/oder Gasnetz mehr Zeit lassen, bestehende Anlagen könnten optimiert werden, oder der Fokus liegt „nur“ auf einer Erhöhung der Versorgungssicherheit. Smart Grids unterstützen dabei nicht nur den Netzbetrieb, sondern stellen auch eigene Anforderungen an die Netzplanung. Ein Forschungsprojekt des Fachverbandes untersucht deshalb die Frage, wie groß der Nutzen durch den intelligent gekoppelten Betrieb von Stromverteil- und Gasnetzen ausfallen könnte.

Vernetzung als wichtiger Baustein für die Energiewende

Zu der Frage, wie wir künftig intelligente Stromnetze organisieren, hat die Intelligente Welt einen besonderen Vergleich gezogen: Was haben Blätter eines Baumes mit der Energiewende zu tun? Die Antwort gibt Ihnen dieses gut 4-minütige Video:

Eine intelligente Vernetzung testete im Frühsommer 2016 auch die Stadtwerkegruppe Thüga am Beispiel ihrer Power-to-Gas-Anlage in Frankfurt.

Diese wurde mit einem realen Wind- und Solarpark sowie einem realen Blockheizkraftwerk in einem simulierten, sprich: virtuellen Smart Grid zusammengeschaltet.

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Wurde mehr Strom produziert als benötigt, lagerte die P2G-Anlage den selbstproduzierten Wasserstoff ein; konnten die Erneuerbaren der Stromnachfrage nicht nachkommen, nutzte das Blockheizkraftwerk die gespeicherte Energie.

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Dieser Prozess erfolgte automatisch durch die intelligente Steuerungssoftware, die vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) entwickelt worden war.

Der Test führte auch zu der erhofften Erkenntnis, dass die Anlage die so genannte Primär-Regelleistung erbringen kann.

Das bedeutet in der Praxis, dass das gesamte Stromangebot innerhalb von 30 Sekunden für mindestens 15 Minuten durchgehend zur Verfügung stehen muss.

Zudem kann die Echtzeit-Steuerung in einem virtuellen Verbund mit weiteren Anlagen Unterschiede intelligent regeln: Automatisch reagiert sie auf sich ständig ändernde Bedingungen in der Erzeugung und beim Verbrauch.

So kann ein solches „virtuelles Kraftwerk“ als Zusammenschluss von kleinen Stromerzeugern bedarfsgerecht Strom bereitstellen.

Doch nur wenn hierbei ausgeklügelte Software zum Einsatz kommt, kann die Anlage vollautomatisch innerhalb weniger Millisekunden auf Anforderungen des Netzes reagieren.

Da ist es nicht mehr weit zur Vision der „Elektromobilität 2.0″: smarte Autos kommunizieren mit smarten Häusern, und die Elektroautos werden als fahrende Energiespeicher ins Smart Grid integriert.

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Die Intelligente Welt stellt in diesem knapp 4-minütigen Video das Forschungsprojekt MeRegioMobil vor und verdeutlicht die Funktionsweise des smarten Energienetzes anhand der Kombination Auto + Spülmaschine.

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Mit diesem Konzept lassen sich Stromnetze entladen und die Netzstabilität dauerhaft verbessern.

„Die erneuerbaren Energien müssen wir auch in die Bereiche bringen, die wir nicht vollständig dekarbonisieren können.“

Dieses Zitat stammt vom Leiter des „Power-to-X“-Forschungskonsortiums an der RWTH Aachen, Walter Leitner. Er wünscht sich, dass Fahrzeuge Wasserstoff aus der „Ökostrom-Elektrolyse“ verbrennen und damit keine Treibhausgase mehr ausstoßen. „Nur was hinten rauskommt, zählt“, sagte einmal Ex-Bundeskanzler Helmut Kohl. Und das wäre in diesem Fall – einfaches Wasser.

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Источник: https://intelligente-welt.de/energiewende-mit-power-to-gas-und-smart-grid/

Smart Grid: Intelligentes Stromnetz für die Energiewende

Smart Grid - Intelligente Stromnetze für die erhoffte Energiewende

Als Smart Grid bezeichnen Energie-Experten intelligente Stromnetze, die Stromerzeugung und Stromnachfrage an Bedarf und Verbrauch ausrichten. So helfen Smart Grids, Strom aus erneuerbaren Energien zu jeder Zeit zur Verfügung zu stellen.

Smart Grids (übersetzt „intelligente Netze“) sind Teil der Energiewende in Deutschland. Sie sollen dafür sorgen, dass wir in Zukunft Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung haben, auch wenn gerade nicht die Sonne scheint oder der Wind weht.

Möglich macht das eine gezielte Steuerung von Stromerzeugung, Stromverbrauch und Stromspeicher. Nur wenn diese drei Bereiche aufeinander abgestimmt sind, steht jederzeit genug Strom zur Verfügung. Dazu ist es nötig, dass Informationen zu Erzeugung, Verbrauch und Speicher in Echtzeit ausgetauscht werden.

Eine Steuerungszentrale kann dann Engpässe und Überschüsse ausgleichen.

Smart Grid: Intelligentes Netz für erneuerbare Energien

Smart Grids sind für erneuerbare Energien wichtig.

(Foto: CC0 / Pixabay / mrganso)

Strom aus erneuerbaren Energien, vor allem aus Windkraft, Photovoltaik oder Wasserkraft, ist sehr stark von externen Faktoren abhängig: Ob und wann die Sonne scheint oder der Wind weht, können wir nicht beeinflussen.

Würde Deutschland also ausschließlich auf erneuerbare Energien setzen, hätten viele Haushalte wohl abends und nachts keinen Strom. Denn dann scheint die Sonne nicht und in vielen Nächten ist es windstill.

Hinzu kommt, dass sich erneuerbare Energien nicht in ihrer Intensität steuern lassen: Wie stark der Wind weht und damit auch, wie hoch die Stromproduktion gerade ist, passt oft nicht zur benötigten Strommenge. Bläst der Wind beispielsweise nachts sehr stark, müssten wir die Windkraftanlagen abschalten. Denn nachts ist die Nachfrage an Strom so gering, dass die Netze sonst überlastet wären.

Smart Grids gelten laut Bundesnetzagentur als Lösung für diese Probleme: Sie sorgen dafür, dass der Strom aus vielen kleinen Anlagen (dezentral) ins Stromnetz gelangt, bei zu großen Mengen an verschiedenen Orten gespeichert oder verbraucht wird und so das Netz stabil bleibt. Möglich macht das „Kommunikations-, Mess-, Steuer-, Regel- und Automatisierungstechnik“, so die Bundesnetzagentur.

Smart Grid einfach erklärt im Video der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften:

Stromproduktion bei Smart Grids

Die Stromproduktion mit erneuerbaren Energien in Deutschland hat dafür gesorgt, dass unser Stromnetz smart werden muss.

Denn heute kann sich jeder Hausbesitzer und jede Firma eine Solaranlage aufs Dach montieren und so zum Stromproduzenten werden. Den Strom speist der Nutzer dann ins Netz ein, wenn er ihn nicht vollständig selbst verbraucht.

Dadurch gibt es tausende kleine Stromproduzenten in ganz Deutschland und die Energieerzeugung ist dezentral.

Neben Solar- und Wasserkraftanlagen gibt es auch immer mehr Geothermie- und Biogasanlagen. Zum Beispiel setzen viele Landwirte auf Biogasanlagen, um ihre überschüssige Gülle loszuwerden.

Damit es möglich ist, Energieengpässe auszugleichen, müssen die vielen Anlagen aber miteinander kommunizieren.

Wasserkraftanlagen können dann etwa einspringen, wenn Solaranlagen mangels Sonne weniger Strom produzieren.

Smart Grids brauchen gute Stromspeicher

Windenergie ist volatil: Smart Grids brauchen gute Speicher. (Foto: Sven Christian Schulz / Utopia)

Damit auch bei wenig Wind und Sonne längere Zeit ausreichend Strom zur Verfügung steht, sind Stromspeicher wichtig. Außerdem dienen sie dazu, kurzzeitige Ungleichgewichte im Stromnetz auszugleichen. Auch hier kommen viele verschiedene Methoden zum Einsatz:

  • Mit Power-to-Gas-Anlagen lässt sich überschüssiger Strom speichern und als Gas weiterverwenden, sagen Forscher.
  • Der überschüssige Strom könnte auch dazu dienen, Kühlhäuser stärker zu kühlen, meint Energieversorger E.ON.
  • Elektroautos könnten ebenfalls als Puffer dienen: Ist zu viel Strom vorhanden, werden die Akkus aufgeladen und bei einem Mangel etwas entladen. Dies ist vor allem nachts denkbar, denn viele Autos stehen von abends bis morgens in der Garage.

Smart Grids verbinden Verbrauch und Bedarf von Strom mit Erzeugung und Nachfrage: Ist die Erzeugung gerade hoch, der Bedarf aber nicht, speichert das Smart Grid den Strom zwischen.

Steigt dann die Nachfrage, kann der Strom abgerufen werden. Laut Bundesnetzagentur beträgt die Speicherkapazität derzeit ca. 40 GWh, der Verbrauch in Deutschland pro Tag aber rund 1.500 GWh.

Hier ist also noch ein großer Ausbau nötig.

Verbraucher sparen Geld und Strom mit durch Smart Meter

E-Autos können als Stromspeicher Teil des Smart Grids sein.

(Foto: Sven Christian Schulz / Utopia)

Für Verbraucher sind Smart Grids aus mehreren Gründen interessant: Zum einen können sie sich selbst an der Stromproduktion beteiligen, wenn sie als Hausbesitzer eine Solaranlage auf dem Dach haben.

Zum anderen können sie Strom und Geld sparen. Denn Smart Grids können Anreize setzen, Strom antizyklisch zu nutzen. Das bedeutet: Ist besonders viel Strom im Netz, sinken die Strompreise und bei wenig Strom steigen die Preise.

  • Verbraucher können dann stromintensive Tätigkeiten so planen, dass sie besonders günstig Strom beziehen. So könnten sich in Zukunft Waschmaschinen so programmieren lassen, dass zum Zeitpunkt eines niedrigen Strompreises waschen. Hierbei helfen Smart Meter – intelligente Stromzähler. Sie übermitteln, wie viel Strom ein Haushalt in Echtzeit verbraucht.
  • Durch die Einbindung des eigenen Elektroautos ins Smart Grid kann es zum Beispiel nachts erst zu dem Zeitpunkt aufgeladen werden, wo besonders viel Strom im Netz ist und der Preis daher niedrig. Besteht aber morgens Strommangel, könnte das vollgeladene Auto beispielsweise 20 Prozent wieder ins Netz einspeisen, die für die Fahrt zur Arbeit ohnehin nicht nötig sind. Steht das Auto dann auf dem Firmenparkplatz und die Sonne sorgt für volle Netze, wird es voll aufgeladen.

Verbraucher können also selbst am sogenannten „Smart Market“ marktähnlich handeln und von variablen, zeitabhängigen Stromtarifen profitieren.

Der Weg zu Smart Grids

Notwendig ist für Smart Grids zunächst ein Netzausbau mit Hoch- und Höchstspannungsleitungen, erklärt die Bundesnetzagentur. Offshore-Windparks müssen besser ans Netz angebunden werden und zusätzliche Stromtrassen sind nötig, vor allem um Strom aus dem windreichen Norden in den Süden zu bringen.

In Deutschland gibt es für Haushalte eine Smart-Meter-Pflicht. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat drei Smart Meter unabhängiger Hersteller Ende 2019 dafür zertifiziert. Ab 2020 beginnt dann die Umrüstung der Haushalte.

Verpflichtend ist ein Smart Meter aber nur für Haushalte ab 6.000 kWh Stromverbrauch im Jahr. Bei einem geringeren Stromverbrauch genügt es, wenn es sich um einen modernen Stromzähler handelt.

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Bis 2032 müssen alle Zähler umgerüstet sein – je nach Stromverbrauch „modern“ oder als „Smart Meter“.

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Bisher gibt es Smart Grids fast nur in der Theorie, erklärt der Branchenverband Bitkom. Doch durch den geplanten Netzausbau der Bundesregierung, die Einführung von Smart Meter und den stetigen Ausbau der erneuerbaren Energien wird das Smart Grid mehr und mehr Wirklichkeit.

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Schlagwörter: Energiewende Gewusst wie

Источник: https://utopia.de/ratgeber/smart-grid-intelligentes-stromnetz-fuer-die-energiewende/

Was sind eigentlich

Smart Grid - Intelligente Stromnetze für die erhoffte Energiewende
© BMWi

Darum geht’s: In einem Smart Grid verbindet moderne Kommunikationstechnik die verschiedenen Teile des Energiesystems wie die Stromerzeugung und den Stromverbrauch und stimmt diese aufeinander ab. So kann erneuerbare Energie besser in das Stromnetz integriert und das Netz optimal ausgelastet werden.

Nur in eine Richtung floss das Wissen früher im Klassenraum: vom Lehrer zum Schüler. So ähnlich war es auch im traditionellen Stromnetz – wenige Kraftwerke versorgten viele Verbraucher. Frontalunterricht in der Schule ist jedoch längst überholt.

Im Trend liegt der gegenseitige Austausch im Klassenzimmer. Schüler arbeiten heute in Projektgruppen, organisieren sich selbst, produzieren, übermitteln und konsumieren Wissen. So verhalten sich auch die Haushalte und Unternehmen in einem Smart Grid.

Mit einer privaten Photovoltaikanlage auf dem Dach oder vergleichbaren Anlagen sind sie nicht mehr nur Stromkonsumenten. Sie produzieren auch selbst Energie und werden dadurch zu sogenannten „Prosumern“.

Mehr Prosumer bedeuten auch mehr Abstimmungsbedarf – damit die Energieversorgung reibungslos funktioniert.

Herkömmliche Stromnetze sind nicht für Erneuerbare entworfen

Bisher sind die Energienetze auf einen gleichmäßigen Energiefluss ausgelegt. Lange war das die beste Lösung, da Kohle- und Atomkraftwerke sehr beständig Strom produzieren konnten und die Energieerzeugung dadurch leicht zu berechnen war. Es kam kaum zu Überlastungen.

Das könnte sich in Zukunft mit der wachsenden Zahl dezentraler Stromerzeuger ändern, die noch dazu nicht immer die gleiche Menge elektrische Energie in die Netze einspeisen: eine Herausforderung für unsere herkömmlichen Stromnetze.

Sonne und Wind richten sich nicht nach dem tatsächlichen Strombedarf, sie scheinen und wehen wann sie wollen. Es kann aber nicht mehr Strom aus Erneuerbaren als nachgefragt wird ins Netz eingespeist werden. Auch der Stromverbrauch wird sich ändern.

In Zukunft könnte viel Strom zur gleichen Zeit benötigt werden: etwa, wenn nach Feierabend überall gleichzeitig Elektromobile geladen werden.

So schlau sind intelligente Stromnetze

Hier kommen intelligente Stromnetze ins Spiel. Sie können zum Beispiel dabei helfen, überschüssigen Strom in Elektroautos oder hauseigenen Speichern so lange zu „parken“, bis dieser gebraucht wird.

Damit das Smart Grid die Kommunikation aller Energieerzeuger, Energiespeicher und Energieverbraucher untereinander sicherstellen kann, muss in einem intelligenten Stromnetz die Datenkommunikation in beide Richtungen möglich sein. Deshalb werden Smart Grids oft auch als „Internet der Energie“ bezeichnet. Um das leisten zu können, was von ihm verlangt wird, braucht ein Smart Grid neben Stromleitungen auch Datenleitungen.

Herzstück intelligente Messsysteme

Herzstück eines Smart Grid sind intelligente Messsysteme, die sogenannten „Smart Meter“. Sie stellen eine besonders gesicherte Verbindung zwischen den einzelnen Verbrauchern und dem Stromnetz sowie den Energieversorgungsunternehmen her.

Smart Meter registrieren den Stromverbrauch und übertragen zum Beispiel die Verbrauchsdaten verschlüsselt zur Abrechnung an den Lieferanten. Der Kunde erhält ein genaues Bild seines Verbrauchs.

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Der Netzbetreiber bekommt wichtige Informationen über die Situation vor Ort und kann das Netz damit besser steuern. Dabei gelten strenge, gesetzliche Datenschutzregelungen.

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Zusätzlich prüft das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) umfangreich die IT-Sicherheit, bevor Smart Meter eingesetzt werden dürfen. Hierfür gelten spezielle Sicherheitsanforderungen, die mit dem Niveau von Banken vergleichbar sind.

Mehr als nur ein Stromzähler

Intelligente Messsysteme bilden also das Rückgrat eines intelligenten Stromnetzes. Sie sind als digitale Infrastruktur für die Energiewende in allen relevanten Bereichen ausgelegt.

Denn die Energiewende befasst sich nicht nur mit „grünem“ Strom, auch Bereiche wie Wärmeversorgung und Verkehr sollen auf erneuerbare Energien umgestellt werden.

Über die besonders geschützte Smart-Meter-Technologie können auch dafür Daten ausgetauscht werden, zum Beispiel beim Laden von Elektromobilen oder zur intelligenten Steuerung von Heizungsanlagen in Gebäuden (Smart Home, Smart Building).

Schaufenster für intelligente Energie

Erprobt werden die Rahmenbedingungen, Möglichkeiten und Anforderungen intelligenter Stromnetze derzeit in deutschlandweit fünf Modellregionen.

Das im Januar 2017 gestartete Förderprogramm „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (SINTEG) soll in fünf großflächigen „Schaufensterregionen“ übertragbare Musterlösungen für eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung – bei hohen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie – entwickeln und erproben.

Weiterführende Informationen:

Источник: https://www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2019/05/Meldung/direkt-erklaert.html

Intelligentes Stromnetz

Smart Grid - Intelligente Stromnetze für die erhoffte Energiewende

Lexikon > Buchstabe I > intelligentes Stromnetz

Die heute verwendeten Stromnetze genügen in mancherlei Hinsicht nicht mehr rundum den heutigen Anforderungen.Dies hat mehrere verschiedene Gründe:

  • Der Auau der Stromnetze ist zugeschnitten auf das bisherige zentralistische Konzept, eine Vielzahl von Verbrauchern zu versorgen mit einer relativ geringen Anzahl von Kraftwerken.Zunehmend sollen die Stromnetze jedoch Ökostrom aus vielen kleinen, teils in der Leistung schwankenden und bisher kaum zentral steuerbaren Stromerzeugern aufnehmen.Das Angebot an elektrischer Energie wird also stärker schwankend und schwieriger zu beeinflussen.Dies führt zu einer stärker veränderlichen Residuallast für die steuerbaren Kraftwerke.
  • Der gesamte Stromverbrauch in Industrieländern und Schwellenländern ist sehr stark gestiegen, und die punktuelle Anpassung der Netze daran hat zu nicht mehr optimalen Strukturen geführt.
  • Die verwendete Technologie ist teils sehr alt, nicht mehr auf dem heutigen Stand der Technik.
  • Auf Verbraucherseite werden durch moderne Technik neue Methoden des Lastmanagements möglich.In den bisherigen Netzen sind diese neuen Methoden jedoch kaum nutzbar.

Aus diesen Gründen wird angestrebt, die Stromnetze schrittweise zu verbessern in Richtung zu “intelligenten Stromnetzen” (engl. “smart grids”).

Hierbei bezieht sich das Adjektiv “intelligent” auf eine raffinierte Feinsteuerung – im Gegensatz zu dem ebenfalls denkbaren Ansatz, das alte System einfach durch Verstärkung von Kraftwerks- und Leitungskapazitäten betriebsfähig zu halten.

Im Kern geht es einerseits um eine verbesserte Koordination der Stromerzeugung unter Einbezug auch vieler kleiner Erzeuger, und andererseits um ein wesentlich umfangreicheres Lastmanagement (also die Steuerung des Verbrauchs).

Einige grundlegende Technologien und Prinzipien – etwa die Verwendung von Drehstrom, Transformatoren, Hochspannungsleitungen, etc. – werden hiermit weiter genutzt werden, obwohl heute z. B. ein Übergang zu einer Gleichstrom-Versorgung im Prinzip erhebliche Vorteile bringen könnte.Es ist jedoch nicht praktikabel, die gesamte Infrastruktur komplett zu ersetzen.

Man beachte, dass das “intelligente Stromnetz” ein erst im Entstehen begriffenes Konzept ist.In diesem Stadium sind viele Details noch nicht festgelegt.Die Erprobung einzelner Techniken hat an verschiedenen Orten begonnen, aber für viele Ansätze ist heute noch nicht klar, ob oder wie genau sie zukünftig breit eingesetzt werden können.

Erhoffte Vorteile intelligenter Stromnetze

Folgende vorteilhafte Eigenschaften intelligenter Stromnetze werden angestrebt:

  • Neue Stromerzeuger, insbesondere auf Basis erneuerbarer Energien wie Windenergie und Sonnenenergie, sollen möglichst gut in die Netze integriert werden.Sie sollen mit Vorrang Energie einspeisen können, da ihre variablen Kosten (anders als die Installationskosten) besonders niedrig sind.
  • Die für die Versorgung benötigten teuren Elemente der Infrastruktur – beispielsweise Spitzenlastkraftwerke und Hochspannungsleitungen – sollen möglichst wenig benötigt und möglichst effizient eingesetzt werden.Beispielsweise sollten Stromleitungen möglichst gleichmäßig ausgelastet werden, und soweit möglich sollte der Verbrauch dem Angebot an zeitlich schwankender erneuerbarer Stromproduktion folgen.
  • Nach Möglichkeit soll auch die allgemeine Energieeffizienz erhöht werden.
  • Das Netz soll eine hohe Betriebssicherheit auch unter ungünstigen Bedingungen erreichen.Die Betriebssicherheit soll auch möglichst wenig durch böswillige Eingriffe (Sabotage, etwa motiviert durch politische Spannungen) tangiert werden können.

Elemente von intelligenten Stromnetzen

Eine wesentliche Rolle spielt das verbesserte Lastmanagement.

Während bisher nur größere Verbraucher mit Leistungen von meist über 10 kW über Rundsteueranlagen einbezogen wurden (etwa Elektroheizungen, Elektrowärmepumpen und industrielle Anlagen), sollen zukünftig viele kleinere Verbraucher (z. B.

Waschmaschinen, Kühl- und Gefriergeräte) zusätzlich für das Lastmanagement genutzt werden.Hier wird eine automatische Steuerung nötig sein.

Beispielsweise könnten Kühl- und Gefriergeräte die momentane Netzauslastung per Internet oder durch genaue Messung der Netzfrequenz ermitteln und die Solltemperaturen des Thermostaten dementsprechend etwas variieren.Diese Geräte würden also etwas stärker kühlen, wenn gerade ein geringer Strombedarf besteht, um in Zeiten höheren Bedarfs den Verbrauch zu senken.

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Wenn Elektroautos einmal breit eingesetzt werden, bieten sich deren Batterien als Energiespeicher auch für das Lastmanagement an: Die Batterien könnten bevorzugt zu Zeiten geringen Strombedarfs geladen werden.

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Es ist sogar denkbar, in Zeiten besonders hohen Bedarfs Energie aus den Batterien ins Netz zurückspeisen zu lassen (ohne aber den Ladestand zu niedrig fallen zu lassen, was die Benutzbarkeit des Autos beeinträchtigen würde).

Den Energieversorgungsunternehmen würde die Steuerung ihrer Anlagen erleichtert, wenn sie die Entwicklung des Verbrauchs genauer erfassen könnten.Hierzu könnten “intelligente Stromzähler” dienen, die in kurzen Zeitintervallen den Verbrauch automatisch melden könnten.(Es ist freilich unklar, ob dies unbedingt auf der Ebene einzelner Haushalte geschehen müsste.)

Gleichzeitig könnten über “intelligente Stromzähler” zeitabhängige Stromtarife (und nicht nur mit im Voraus festgelegten Tarifzeiten) eingeführt werden.Diese könnten die Verlegung von Verbrauchsanteilen in Schwachlastzeiten oder die Kappung von Spitzenlasten (peak shaving) fördern, indem sie dies finanziell belohnen.

Viele kleinere Stromerzeuger könnten sich besser am aktuellen Strombedarf orientieren, wenn sie entsprechende Informationen z. B. von den Netzbetreibern erhielten.

Beispielsweise könnten im Grundsatz wärmegeführt arbeitende Blockheizkraftwerke mehr Spitzenlast erzeugen und im Moment nicht benötigte Wärme in Pufferspeichern lagern.

Bisher fehlt den Betreibern solcher Anlagen in der Regel sowohl die nötige Information als auch der finanzielle Anreiz für eine solche Betriebsweise.

Probleme und Herausforderungen

Diverse Probleme sind bei der Entwicklung intelligenter Stromnetze noch zu lösen:

  • Die Kosten müssen in einem sinnvollen Verhältnis zum Ertrag stehen.Dieser Aspekt ist nicht immer einfach zu beurteilen, da hierfür die zukünftige Entwicklung des gesamten Stromversorgungssystems eine Rolle spielt.Beispielsweise würde ein umfangreiches Lastmanagement sehr wichtig, wenn fluktuierende Stromquellen einen immer größeren Anteil an der Erzeugung übernehmen sollen.Dagegen wird dieser Aspekt weniger wichtig für den Fall, dass effiziente und kostengünstige Energiespeicher entwickelt werden.Umgekehrt hängt deren Notwendigkeit stark vom Erfolg eines weitreichenden Lastmanagements ab.Eine weitere Unbekannte ist die zukünftige Verbreitung von Elektroautos, die ggf. das Lastmanagement wirksamer machen würden.
  • Die Komplexität und Heterogenität eines solchen Systems könnte Überraschungen bergen, etwa auch im Hinblick auf die Verwundbarkeit durch böswillige Angriffe.
  • Der Datenschutz könnte gefährdet sein, wenn beispielsweise die Art der Nutzung von zeitnahen Verbrauchsdaten nicht zuverlässig geregelt wird.(Man beachte, dass z. B. das zeitliche Verbrauchsmuster eines Haushalts darüber Aufschluss gibt, wann die Personen aufstehen, wann sie zu Hause sind, etc.)
  • Eine weitreichende mindestens europaweite Normung und Standardisierung wird notwendig sein.Etliche bisherige Pilotversuche, die sich noch nicht an existierenden Standards orientieren können, müssten später ggf. aufwendig angepasst werden.

Aus diesen Gründen ist mit schnellen Schritten hin zu einem essenziell “intelligenten Stromnetz” kaum zu rechnen.Längerfristig dagegen könnten durchaus Fortschritte erzielt werden, die wesentliche Kosteneinsparungen und Gewinne an Energieeffizienz bringen.

Siehe auch: Stromnetz, Lastmanagement, Spitzenlast, Stromtarif
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Energieeffizienz

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Artikel über Intelligentes Stromnetz

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* [https://www.energie-lexikon.info/intelligentes_stromnetz.html
Artikel über 'Intelligentes Stromnetz' im RP-Energie-Lexikon] © Dr. Rüdiger Paschotta | Kontakt | Sponsoring | Datenschutz

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Horrormeldungen über den angeblich riesigen Energieverbrauch durch Video-Streaming (und allgemeiner die Informationstechnologie) haben ziemliche Wellen geschlagen. Eine Studie der IEA hat dies weitgehend wiederlegt – wobei einige Bereiche der Informationstechnologie tatsächlich schlimme Stromfresser sind.

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Unser Blog-Artikel „Digitalisierung und Video-Streaming: lange nicht so klimaschädlich wie behauptet“ erklärt den Sachverhalt.

Источник: https://www.energie-lexikon.info/intelligentes_stromnetz.html

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