Deutschland erlebt einen tiefgreifenden Strukturwandel im Energiesystem

Ohne Smart Grid keine Energiewende

Die Ziele für die "elektrische" Zukunft gehen von der umweltschonenden, weiterhin zuverlässigen und bezahlbaren Versorgung aus. Dazu trägt Smart Grid unter Beachtung von Strom, Gas, Wärme/Kälte auch mit neuen Geschäftsmodellen unverzichtbar bei, um die perspektivisch sogar bedarfsdeckenden, regenerativen Quellen effizient zu integrieren.

Smart Grid - Prinzip. Intelligente Knoten verbinden die Komponenten.

Natürlich verursacht der Systemwechsel erhebliche Kosten. Sie sind gleichmäßig zu verteilen. Beim Ersatz der klassischen Starkstromtechnik geht es nicht nur um Strom, sondern ebenso um den Austausch von Informationen und Daten.

Erfordernis und Funktionsprinzip

Die dezentrale und/oder volatile Erzeugung zwingt zum intelligenten, aktiven Netz. Öko-Strom verlangt außerdem Back up-Einrichtungen. Zeitgleich sind die Verluste bei Übertragung und Verteilung zu senken. Der steigende Strombedarf muss darüber hinaus begrenzt werden. Produktionsdurchsatz, Qualität treten hinter den Energieverbrauch, zumal sich dsbzgl. notwendige Investitionen schnell amortisieren (Studie 2013 "Energieeffizienz - Verpflichtungssysteme" EnEffVSys, http://www.dena.de).

Erzeuger und Nutzer auf Basis universeller, offener Standards bidirektional drahtgebunden/-los kommunizieren zu lassen, die Bedarfs- und Angebotsschwankungen dynamisch, trotzdem aber spannungsgeregelt zu beherrschen, Verbrauchsspitzen mit virtuellen Kraftwerken KW`n, Energiemanagement und -speichern zu decken, Störungen präventiv zu erkennen/zu vermeiden, ermöglicht die Energiewende. In dem transformierten System erhalten private Verbraucher mit "Smart Home", "Smart City" (www.songdo.com) größte Bedeutung.

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Die "Intelligenz" optimiert Erzeugung, Übertragung und Verteilung bis zum Endverbraucher. De-/zentrale Generatoren jeder Art, Speicher wie Nutzer arbeiten kosten-/energieeffizient zusammen.

Zur Wirtschaftlichkeit von Smart Grids gehören Smart Markets mit finanziellen Anreizen für die Teilnehmer. Marktaktivitäten und Netzführung beeinflussen sich gegenseitig. Flexible Kunden und Erzeuger bestimmen die Intensität des steuernden Eingriffs, wobei volatile Quellen den Regelenergiebedarf treiben. Beide lassen sich bei "Netz in Gefahr" als Ultima Ratio gesetzlich kontrolliert abschalten.

Da automatisierte, sich selbst überwachende, umweltfreundliche Strukturen sehr kompliziert sind, ebnen Pilotprojekte (www.e-energy.de, http://www.eurefcampus.de, http://www.innoz.de) den Weg. Konventionelle Lösungen mit regelbaren Ortsnetztrafos bieten eine begrenzte, wirtschaftliche Alternative.

Bestandteile

Bereits verfügbare Technologien wie FACTS, HGÜ, Lastmanagement, Supraleitung ergänzen Speicher, schnellanfahr- und regelbare Erzeuger (Gasturbinen, Speicheralternative als Reserve-KW), unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Smart Metering (flächendeckende, intelligente Zustandserfassung, Powermonitore), zentrale IT-Systeme mit durchgängigen Netzwerken. Leitungen/Kabel sind in allen Ebenen zu aufzurüsten. Sie transportieren nicht nur Strom, sondern übermitteln parallel Informationen (PLC) unterstützt von Datenkabeln.

Das Netz umfasst alle Verbrauchertypen sowie zentrale/dezentrale, industrielle wie private Energieerzeuger (virtuelle KW). Thermische, flexibel zu-/abschaltbare Schatten-KW (Gas, Kohle) bleiben vorerst unverzichtbar.

Energiespeicher

Erneuerbare Quellen erzwingen kontrolliert zu-/abschaltbare Speicher (EnWG; Kurzzeitbereich: hoher Zykluswirkungsgrad bei niedriger Speicherkapazität, Langzeitbereich: niedrigerer Zykluswirkungsgrad bei großer Speicherkapazität. Erzeugungsspitzen werden zum Decken zeitlich versetzter Lastmaxima nutzbar. Immer sollte der Aufwand den Gewinn bei der anschießenden Rückgewinnung (Wasserstoff) nicht übersteigen. Generell sind die Gesamtkosten zu berücksichtigen (zum Beispiel Transport bei Bio-Gas-Anlagen).

Der Netzstabilisierung kann gleichfalls die Elektrofahrzeugtechnik dienen.

Sicherheit

Mit der in Rechenzentren konzentrierten IKT verbinden sich "Monokultur"-Gefahren. Schutz- und Redundanzmechanismen besitzen deshalb höchste Priorität. Eine Privatsphäre wie beim Online Banking ist zu gewährleisten (vgl. Sicherheitsnorm Smart Grid ISO/IEC TR 27019).

Trotz Erfolgen bei der Energiewende besteht für Smart Grid als "Steckdose zu den Regenerativen" großer Handlungsdruck (www.energiewende180.de), um erkennbare Risiken und Defizite sicher zu beherrschen. Die Option "Trial and Error" besteht nämlich nicht. Zum Ziel führt die Fähigkeit aller Komponenten, innerhalb der smarten Multi-Vendor-Anlage Energieversorgung interoperabel zu agieren. Ein entsprechender harmonisierender Normenschlüssel ist zu schmieden (vgl. DKE-Roadmap E-Energy/Smart Grid 2.0).

Insgesamt scheint die Vision des weiterhin kostengünstigen Stromes seinen realen Hintergrund zu behalten. Natürlich sollte ebenfalls hier - in der EU als "dritte industrielle Revolution" apostrophiert - europäisches Gleichmaß angestrebt werden, um hinsichtlich eines wirksamen Gesamtsystems kontraproduktiv wirkende Einzelmaßnahmen zu vermeiden (www.vde.com). Zudem liegt wohl die Notwendigkeit einer sich anschließenden Chemie-Wende auf der Hand.

Joachim Krause

SMART GRID:

Das intelligente Netz sichert trotz des Übergangs zu z.T. volatilen, erneuerbaren Quellen bezahlbare Stabilität und Versorgungssicherheit durch die Verschmelzung von Informations-/Kommunikations- (IKT) mit der Energietechnik zum "Internet der Energie" (intelligent vernetzte und gesteuerte Netzteilnehmer). Das System bringt in Echtzeit Bedarf, Prognose und Angebot spannungsstabil und wirtschaftlich in Übereinstimmung. Netze werden entlastet, ihre Ausbaukosten gesenkt. Operative Lastdeaktivierung ersetzt das Bereitstellen von Leistung. Speicher als unverzichtbare Komponente nutzen verschiedene Energieformen: potenziell (Wasser), mechanisch/kinetisch (Schwungmasse), elektro-chemisch (Akku), chemisch (Gas), elektrisch (Kondensator, USV, supraleitende Spule), thermisch (Wärme).

Smart Metering:

Intelligenter Zähler für Multienergieanwendungen mit verbundenen Prozessen/Systemlösungen/Übertragungsvorgängen; mehr als Verbrauchsmessung.

Wasserstoffgewinnung:

Windgas - Elektrolyse mit Strom aus WKA; Direktgas ohne Umweg der Stromerzeugung durch künstliche Fotosynthese mit Unter-Wasser-Solarzellen (in Entwicklung).

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