Die Zukunft sichern: Wie das Smart Grid die deutsche Energiewende vorantreibt
Die Energieversorgung in Deutschland soll nachhaltiger werden – so sieht es das Klimaschutzgesetz vor. Die Bundesregierung hat das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch bis 2030 auf mindestens 80 Prozent zu erhöhen. Gleichzeitig sollen die klimaschädlichen Emissionen gegenüber 1990 um 65 Prozent sinken. Bis 2045 will Deutschland vollständig klimaneutral werden.
Was für die Energiewende ein essenzieller Beitrag ist, ist für die Verteilnetze in Deutschland eine echte Herausforderung. Denn: Schon heute sind über 95 Prozent der erneuerbaren Energien an die Verteilnetze angebunden. Dies schafft viele Verbindungspunkte, an denen Strom fließt, manchmal in großen Mengen und manchmal in kleinen. Aber Sonne und Wind sind launisch – mal gibt es zu viel Energie, mal zu wenig. Wir sprechen hier von „Volatilität in der Erzeugung“.
Hinzu kommt der steigende Energiebedarf – durch beispielsweise Elektromobilität, elektrische Heizsysteme und auch durch die zunehmende Anzahl von Rechenzentren und Elektrolyseuren. Damit die Energieversorgung trotz dieser neuen Anforderungen auch weiterhin zuverlässig bleibt, braucht es den Netzausbau und die Digitalisierung der Infrastrukturen. Nur durch ein intelligentes Stromnetz, das sogenannte Smart Grid, können Stromflüsse optimal gesteuert und ausbalanciert werden. Ein wichtiger Schritt, um die Energiewende in Deutschland erfolgreich umzusetzen.
Was ist das Smart Grid?
Bisher ließ sich nicht auf allen Netzebenen genau und in Echtzeit bestimmen, wann und wo dezentrale Stromerzeuger*innen Energie produzieren und ins Netz einspeisen oder in welcher Menge Strom verbraucht wird. Doch das soll sich ändern.
Das Smart Grid bezeichnet ein System, das alle Beteiligten im Energiesystem digital miteinander verbindet. Neben dem herkömmlichen Stromnetz mit seinen Masten und Ortsnetzleitungen entsteht eine Art „Informationsnetz“. Dieses Datennetz koordiniert, wie und wo Strom erzeugt, verteilt und gespeichert wird. Es ist so konzipiert, dass es auch bei unregelmäßiger Stromproduktion und hohem Verbrauch alles im Gleichgewicht hält.
Die Möglichkeiten der Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz kommen in jedem Schritt der Energieproduktion und -verteilung zum Einsatz: von der Planung des Netzes bis zu neuen digitalen Lösungen für Städte, Kommunen und Gemeinden.
Und auch die Hardware wird smart: Sensoren, digitale Zähler und fortschrittliche Steuereinheiten erfassen den Energiefluss in Echtzeit. Dies ermöglicht es den intelligenten Stromnetzen, den Strom genau dorthin zu leiten, wo er gerade benötigt wird. Das Ergebnis? Stromfluss mit Weitblick.
Smart Grid – kurz erklärt
So funktioniert das Smart Grid, das Netz der Zukunft
Stromfluss mit Weitblick: Das Smart Grid stimmt die Erzeugung, die Speicherung und den Verbrauch von Strom optimal aufeinander ab. Wie genau das in Zukunft funktionieren wird, zeigt unser Video.
Die Vorteile des Smart Grids
Im Smart Grid fließt nicht nur Strom. Das intelligente Netz gibt auch Informationen und Daten über die Nutzung und Verfügbarkeit des Stroms an die Leitstellen weiter. Dieser Datenfluss macht die Steuerung von dezentralen Stromerzeugungs- und Verbrauchsanlagen in Echtzeit möglich, woraus sich viele Vorteile ergeben:
- Optimierte Steuerung: Das Netz der Zukunft nutzt digitale Technologien, um selbst komplexeste Prozesse einfach und effizient zu steuern.
- Digitalisierung für proaktive Sicherheit: Bei Versorgungsengpässen oder Stromausfällen ermöglichen digitale Technologien schnelle Gegenmaßnahmen. Ein Beispiel ist der Trafo-Health-Index, der unsere Transformatoren ständig überwacht und bei Auffälligkeiten frühzeitig informiert, um durch proaktive Maßnahmen die Versorgungssicherheit zu erhöhen.
- Erweiterte Nachhaltigkeit: Durch intelligente Stromnetze können mehr PV- und Windkraftanlagen an das Netz angeschlossen werden. Trotz Wetterunwägbarkeiten sorgen sie für einen noch stabileren Energiefluss, weil die Energieproduktion in Echtzeit beobachtet und gesteuert werden kann, um Schwankungen auszugleichen.
- Effizientes Lastmanagement: Smart Grids ermöglichen ein kluges Lastmanagement, das den Energiefluss während Spitzenzeiten optimiert, zum Beispiel durch die automatisierte Koordination verschiedener Verbrauchseinheiten wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Wärmepumpen. Verbrauchseinheiten wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Wärmepumpen.
- Lokale Energieerzeugung: Durch Energieerzeugung vor Ort entfallen Transportwege und das Energiesystem wird deutlich ressourcenschonender. Zudem können sich in Zukunft mehrere kleine, dezentrale Stromerzeuger zu lokalen virtuellen Kraftwerken zusammenschließen.
- Wertvolle Transparenz: Das Smart Grid kann Energieerzeugung- und den -verbauch visualisieren und so ein energieeffizienteres Verhalten unterstützen.
- Fortschrittliche Elektromobilität: Das Smart Grid hilft dabei, Ladevorgänge zu optimieren, die Netzbelastung zu minimieren und ermöglicht es, Fahrzeuge genau dann zu laden, wenn Strom günstig verfügbar ist.
- Smarte Kommunikation: Das Smart Grid basiert auf dem „Internet der Dinge“ (engl. „Internet of Things“, abgekürzt „IoT“). Hier sind reale und digitale Objekte verbunden, um sich untereinander auszutauschen. Dank dieser Vernetzung können Verbraucher*innen ihre Geräte beispielsweise entsprechend programmieren, um Kosten zu sparen.
Smart Meter: Echtzeitdaten halten das Netz stabil
Als kluge Helfer im Smart Grid messen Smart Meter nicht einfach nur den Stromverbrauch oder die eingespeiste Strommenge, sondern protokollieren auch Spannungsausfälle und liefern Netzbetreibern wichtige Informationen zu Erzeugung, Netzbelastung und Verbrauch. Probleme werden frühzeitig erkannt, so dass Verteilnetzbetreiber innerhalb kürzester Zeit reagieren und das Netz stabil halten können.
Haushalte und Unternehmen profitieren von Smart Metern: Sie erhalten einen genauen, datenbasierten Überblick über ihren tatsächlichen Stromverbrauch. Und für die Energieversorger liefern die Messsysteme wichtige Daten über die Auslastung der Netze. So können sie ihre Anlagen dynamisch steuern, Prozesse optimieren sowie Wartungs- und Übertragungskosten senken.
Ein smartes Netz braucht viele Komponenten
Das Smart Grid ist ein Gesamtsystem bestehend aus vielen einzelnen Komponenten. Welche das sind, erklären wir im Folgenden:
Verteilnetze
Im Energiesystem der Zukunft soll Strom aus erneuerbaren Energien fließen. Die Erzeugungsanlagen dafür sind überwiegend in der Mittel- und Niederspannung angeschlossen. Verteilnetzbetreiber haben daher zunehmend die Aufgabe, auch die Einspeisung von Energie in das Netz zu überwachen und zu koordinieren – und das in Abhängigkeit von den aktuellen Wetterbedingungen. Mit intelligenten Technologien können sie die Stromverteilung optimieren, die Zuverlässigkeit erhöhen und eine bidirektionale Energieflusssteuerung für eine nachhaltige und flexible Energieversorgung ermöglichen.
Netzleitstelle
Ein effizientes Energiemanagement im operativen Netzbetrieb, das die Last und Erzeugung optimal aufeinander abstimmt, spielt die Schlüsselrolle in einem intelligenten Energienetz. Die Vielzahl der dezentralen regenerativen Einspeiseanlagen, die zugeordneten Kraftwerke innerhalb und außerhalb des Netzgebiets, die Lasten und die Speicher werden daher in einer Netzleitstelle überwacht und gesteuert. Diese Netzleitstelle fungiert gewissermaßen als das Gehirn eines Stromnetzes, wobei enorme Datenmengen durch automatisierte Prozesse und Künstliche Intelligenz verarbeitet werden.
Smarte Umspannwerke
Eine weitere Schlüsselkomponente für ein intelligentes Stromnetz ist ein zukunftsfähiges Umspannwerk mit digitaler Informationstechnologie. Digitale Kommunikation über Glasfaserkabel ersetzt analoge Signale über Kupferkabel. Mit Smart Grids erhöhen wir die Sicherheit, Flexibilität und Verfügbarkeit und reduzieren gleichzeitig Kosten, Risiken und Umweltbelastungen.
Digitale Ortsnetzstationen
Digitale Ortsnetzstationen sind der Schlüssel, um Versorgungssicherheit zu garantieren. Sie wandeln Mittelspannung in haushaltsübliche Niederspannung um und übertragen gleichzeitig Live-Daten an die Leitstellen. Dazu werden sie an das öffentliche Mobilfunk- oder Glasfasernetz angebunden und sind Knotenpunkte des smarten Stromnetzes.
Smart Meter
Digitale Zähler können Verbrauchsdaten sekundengenau erfassen, speichern und gesichert per „Smart-Meter-Gateway“ an den Verteilnetzbetreiber übermitteln. „Smart Metering“ sorgt für mehr Transparenz, denn durch den kontinuierlichen Informationsfluss können Energielieferanten den tatsächlichen Bedarf vor Ort präzise bestimmen.
Erneuerbare-Energien-Anlagen
Smart Grids werden mit der Energiewende immer wichtiger, da Leistungsschwankungen bei zunehmender Anzahl von Erneuerbare-Energien-Anlagen nicht auszuschließen sind. Zudem sind diese Klein- und Kleinstanlagen über die Regionen verstreut. Um Ressourcen und Stromerzeugung optimal zu nutzen, wird die Kommunikation innerhalb des Netzes immer entscheidender.
Speicher
Das Stromnetz selbst kann elektrische Energie nicht speichern. Strom aus erneuerbaren Energiequellen im großen Stil speicherbar zu machen, ist daher einer der zentralen Hebel für das Gelingen der Energiewende. Bereits heute gibt es zuverlässige Stromspeicher, die hohe Wirkungsgrade erreichen. Zum Einsatz kommen vorwiegend Blei- oder Lithium-Ionen-Batterien, es wird aber auch an anderen Speichermedien geforscht, die zukünftig in Smart Grids zum Einsatz kommen sollen.
Steuerbare Aktorik, zum Beispiel Wallboxen für E-Autos
Nicht nur in der Leitstelle werden Daten ausgetauscht. Eine ebenso wichtige Kommunikation findet im Smart Grid zwischen den Stromerzeugungs- und Verbrauchsanlagen statt. Komponenten müssen in beide Richtungen kommunizieren können und steuerbar sein, um das Netz stabil zu halten. In privaten Haushalten betrifft dies vorrangig Wallboxen für Elektroautos, aber auch andere Teile des Haushalts können Teil des Smart Grids werden. So können sich beispielsweise „intelligente“ Elektrogeräte selbstständig einschalten, wenn viel Strom im Netz vorhanden ist.
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