Zukunft trifft Gegenwart: Das Stromnetz geht digital

Je „grüner“ das Stromnetz wird, umso intelligenter muss es, um die Versorgungssicherheit zu gewähren. (Foto: ED Netze GmbH)
Je „grüner“ das Stromnetz wird, umso intelligenter muss es sein, um die Versorgungssicherheit zu gewähren. (Foto: ED Netze GmbH)

Das heutige Stromnetz steht durch die begonnene Energiewende vor einem epochalen Wandel. Der Anteil der Erneuerbaren Energien hat mit aktuell rund 45 Prozent einen neuen Höchststand erreicht (Stand: 2020) – und sich in den letzten zehn Jahren damit mehr als verdoppelt. Das ist eine gute Nachricht für den Klimaschutz, schafft aber auch Probleme bei der Versorgungssicherheit. Denn solange es noch keine ausreichenden Speicherkapazitäten gibt, muss Strom immer genau dann erzeugt werden, wenn er verbraucht wird. Dafür muss das Stromnetz immer digitaler, sprich intelligenter werden.

von Dirk Baranek, Aktualisierung: Redaktion

Mit den Erneuerbaren Energien ist das manchmal so eine Sache: Was passiert, wenn eine Wolke über die drei Fußballfelder große Freilandanlage mit Solarmodulen gleitet, von der jedoch die halbe Kreisstadt versorgt wird? Und was, wenn der Wind nicht so weht wie vorhergesagt und viel „kräftiger“ eingeplant war? Im Moment sorgen noch die großen und kleinen Gas- und Kohlekraftwerke für eine gewisse – und vor allem planbare – Grundleistung oder können in Sekunden hochfahrbare Ausgleichskapazitäten erzeugen, wenn es mal ganz eng wird. Je höher aber der Anteil der Erneuerbaren Energien wird (und bis 2050 will Deutschland seine Energie zu 80 Prozent aus regenerativen Quellen gewinnen), desto stärker wird der Bedarf an weiteren, zeitgemäßen Ausgleichsmöglichkeiten wachsen.

Neben kurzfristig aktivierbaren Akkuspeichersystemen wäre die sogenannte Lastverschiebung, neudeutsch: Demand-Side-Management (kurz DSM), eine solche Lösung. Anders gesagt: Je „grüner“ das Stromnetz wird, umso intelligenter und digitaler muss es sein – um eine ebenso effiziente wie sparsame Nutzung der Energie zu ermöglichen.

Bis 2050 will Deutschland seine Energie hauptsächlich aus regenerativen Quellen wie etwa Windkraft gewinnen.
Bis 2050 will Deutschland seine Energie hauptsächlich aus regenerativen Quellen wie etwa Windkraft gewinnen.

Entlastung durch „smarte“ Optimierung

Denn der Stromverbrauch ist im Tagesverlauf starken Schwankungen unterworfen. Um die Mittagszeit verzeichnen die Netzbetreiber regelmäßig Spitzenwerte, die dann abends und nachts parallel zu der abnehmenden Geschäftigkeit der Menschen wieder abflachen. Interessanterweise passt das ganz gut zur Stromerzeugung aus Photovoltaik-Anlagen, aber der Wind bläst eben, wann er will.

Generell ist es erstrebenswert, diese Schwankungen niedrig zu halten. Noch besser wäre es jedoch, wenn der Verbrauch sich der Wetterlage anpassen würde. Denn wenn der Wind stark weht oder die Sonne vom Himmel knallt, dann wird naturgemäß viel Strom in das System eingespeist. Wenn der Verbrauch zu exakt diesem Zeitpunkt nicht mithält, dann fällt der Preis an der Strombörse. Genau umgekehrt verhält es sich, wenn viel Strom nachgefragt wird, aber das Wetter gerade nicht mitspielt.

Im Extremfall – nämlich dann, wenn plötzlich eine starke Nachfrage die aktuelle Erzeugung erheblich und ungeplant übersteigt – muss vom jeweiligen Netzbetreiber sogenannte Regelenergie aktiviert werden, um diese unvorhergesehenen Leistungsschwankungen in seinem Stromnetz auszugleichen: ungenutzte Gasturbinen werden zum Beispiel umgehend angeworfen oder Pumpspeicherkraftwerke abgelassen. Das kostet aber viel Geld. Bis zu 20-fach erhöhte Erzeugungspreise sind dann keine Seltenheit.

Das will natürlich niemand. Daher lautet eine Aufgabenstellung an die Netzbetreiber, das Stromnetz so intelligent zu gestalten, dass es möglich wird, die Verbraucher zu motivieren, ihren zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht unbedingt notwendigen Stromverbrauch auf andere Zeiten zu verschieben.

Intelligent den Strombedarf planen

In der Industrie könnten das zum Beispiel einzelne Produktionsprozesse sein, die vom Tag auf die Nacht verschoben werden. In den Privathaushalten könnten das flexible Verbraucher wie zum Beispiel Wärmepumpen oder zukünftig auch Elektroautos sein. Die Nutzerfreundlichkeit steht im privaten Bereich an erster Stelle. Daher werden Veränderungen im Verbrauchsverhalten nicht auf Tätigkeiten wie etwa Wäsche waschen, kochen oder staubsaugen fokussiert.

Ein Anreiz für die Verfügbarmachung von flexiblen Verbrauchern im privaten oder industriellen Bereich könnte durch einen entsprechenden Preis für den Strom und die Verfügbarmachung der Leistung erreicht werden. Dieser müsste allerdings in Echtzeit genau dann in die Haushalte und Industriekunden übertragen werden, woran die Energieversorger auch schon arbeiten. Ein solches Preissignal würde dann von einem korrespondierenden System, dessen Zentrale der intelligente, sprich „smarte“ Stromzähler darstellt, in den Haushalten verarbeitet.

Alle Netznutzer ins Boot holen

Um das ganze Potenzial eines intelligenten Stromnetzes zu mobilisieren, müssen langfristig die Netzbetreiber und alle anderen Akteure zusammenspielen – und noch einiges getan werden:

  • Die Netzbetreiber müssen das Stromnetz weiter digitalisieren, um die dargestellten Informationsprozesse überhaupt zu ermöglichen. – Dieser Prozess ist bereits im Gang.
  • Die Energieversorger werden Echtzeittarife anbieten müssen, in denen sich stundenaktuelle Verbrauchspreise wiederfinden.
  • Die flexiblen Verbraucher, sprich Geräte in Unternehmen wie Haushalten müssen zeitgleich fähig sein, diese Informationen entsprechend zu verarbeiten.
  • Die Rahmenbedingungen (beispielsweise in der Regulierung) müssen geschaffen werden, um neue Modelle bei der Preisgestaltung ins Leben rufen zu können.

Aber warum sollte ein Kunde, der im Monat zum Beispiel „nur“ 60 Euro für seinen Strom bezahlt, entsprechende Aufwände betreiben, um seine flexiblen Verbraucher zur Verfügung zu stellen?

Weil die Stromtarife zukünftig wohl in einem bisher unbekannten Ausmaß viel stärker auf die Situation im Netz Bezug nehmen werden. Das wird letztlich auch den privaten Endkunden und nicht nur Großunternehmen motivieren. Zumal statt wie jetzt zu jeder Tag- und Nachtzeit im Schnitt knapp 0,32 Euro für die Kilowattstunde zu bezahlen (Stand: Januar 2021), werden im intelligenten Stromnetz der Zukunft womöglich Preise von 0,00 bis zu X Euro für die Kilowattstunde abgerufen.

Es könnte sogar möglich sein, dass man Geld bekommt, wenn man in einer ganz bestimmten Erzeugungssituation seinen Stromspeicher zur Verfügung stellt, um darin Strom zu „verbrauchen“. Schon jetzt kommt es bei bestimmten Wetterlagen in Stunden, in denen sehr wenig verbraucht wird, nämlich zur Situation der „Negativpreise“: Die Energielieferanten haben so viel Strom im System, dass sie nicht wissen, wohin damit – und bereit sind, jedem etwas zu bezahlen, wenn er ihn nur abnimmt. Denn zu viel Strom ist im Stromnetz genauso kritisch wie zu wenig. Es gibt also noch viel zu tun für die Netzbetreiber, aber auch für die Stromanbieter und Gerätehersteller.

25 Prozent Kostenersparnis sind möglich

Die Stiftung Energie und Klimaschutz in Stuttgart hat 2016 drei Doktoranden im Rahmen ihrer Aktion EnergieCampus 2015 ausgezeichnet, unter ihnen Joscha Märkle-Huß von der Universität Freiburg. Er beschäftigte sich bereits damals in seiner dort prämierten Promotion „Nationwide savings from demand Response“ mit den Potenzialen der sogenannten Lastverschiebung.

Konkret wurden von ihm die Strommärkte in Deutschland und Österreich untersucht und unter Anwendung verschiedener hypothetischer Szenarien berechnet, wie hoch die finanziellen Einsparpotenziale für private Haushalte wären, wenn der Verbrauch von Strom mit der Erzeugung desselben besser koordiniert wird.

Sein Ergebnis: Etwa 25 Prozent der Kosten könnten so eingespart werden. Ist das viel, ist das wenig? Schwierig zu sagen: Die Verbraucher werden letztlich wohl nur durch starke finanzielle Anreize bereit sein, ihren Stromverbrauch zeitlich so zu gestalten, dass sich dieser besser an die Erzeugungslage des Stromnetzes anpasst. Es gilt, den Stromverbraucher in die Lage zu versetzen (und zu motivieren), die künftig immer ausgeprägtere Intelligenz des Stromnetzes – dem Smart Grid – zu seinem Vorteil zu nutzen.

Dabei ist eine Datenkommunikation in alle Richtungen, also vom Energieerzeuger zum -verbraucher, aber auch zum Energiespeicher sicherzustellen, weswegen in diesem Zusammenhang oft auch vom „Internet der Energie“ gesprochen wird. Erste Schritte dorthin sind bereits getan, auch bei ED Netze.

Das Unternehmen modernisiert und digitalisiert sein Niederspannungsnetz bereits kontinuierlich mit dem Ziel, kurzfristig Transparenz im Netz zu schaffen und mittelfristig ein intelligentes Einspeise- und Lastmanagement aufzubauen. Seit März 2021 werden in einer ersten Phase 250 Ortsnetzstationen in der Region Donaueschingen mit entsprechender Messtechnik ertüchtigt, um dafür Daten aus dem Niederspannungsnetz zu gewinnen – insbesondere aus den letzten Metern zwischen den Ortsnetzstationen und Haushalten.

Über den Autor:

 

 

Dirk Baranek ist Geschäftsführer einer Agentur für digitale Kommunikation in Stuttgart. Er war als Freier Online-Redakteur und Journalist (DJV) tätig, ist Blogger, PR-Berater, Dozent und Tesla-Fahrer.

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