Erstellt von Jens Kube am 17. August 2011 - 16:53

Wo liegen das Potenzial und eventuelle Herausforderungen im Bereich Intelligente Stromnetze?

Mit dem Begriff "intelligente Stromnetze" (Smart Grids) wird ein komplexes Zusammenspiel im Bereich der Verteilung und Nutzung elektrischer Energie bezeichnet. Grundsätzlich sind die intelligenten Netze ein moderner Ansatz, Verbrauch und Produktion elektrischer Energie in Einklang zu bringen.

Wieso müssen Produktion und Verbrauch überhaupt in Einklang gebracht, ja sogar synchronisiert werden? Der Grund liegt darin, dass elektrische Energie zwar eine sehr hochwertige Energieform ist, was ihren Einsatz betrifft. Man kann mit Strom heizen, Dinge bewegen oder Suchanfragen im Internet durchführen. Leider kauft man sich diese vielen Vorteile jedoch mit dem Nachteil ein, dass elektrische Energie nur sehr schwer speicherbar ist. Batterien enthalten sehr kleine Mengen chemische Energie, die in elektrische Energie umgewandelt werden kann: 1500 mAh eines modernen AA-Akkus entsprechen in etwa 0,002 kWh, in einer Auto-Starterbatterie sind etwa 0,1 kWh. Auch im großtechnischen Maßstab gibt es keine direkte Speichermöglichkeit für große Mengen Strom. Hier ein Überblick über verschiedene Speichermethoden, mit denen elektrische Energie quasi-gespeichert werden kann: http://www.weltderphysik.de/de/8153.php

Damit ich also in diesem Moment diese Zeilen schreiben kann, muss irgendwo ein Kraftwerk den Strom dafür produzieren. Der durchschnittliche Verlauf des Stromverbrauchs für einen Tag im Sommer und im Winter ist hier zu sehen: http://www.weltderphysik.de/de/8253.php?i=8257

Unser bisheriges Stromnetz regelt den Unterschied zwischen Verbrauch und Produktion elektrischen Stroms bisher einzig auf der Angebotsseite: Kraftwerke werden hoch- und runtergeregelt, je nachdem, wie viel Energie die Nutzer zu jeder Sekunde nachfragen. Dies funktioniert einigermaßen brauchbar, solange die Angebotsseite regelbar ist. Doch nicht alle zukünftigen Kraftwerke sind regelbar: Wind und Sonne wehen und scheinen zwar vorhersagbar, aber nicht kontrollierbar. Als regelbare Kraftwerke bleiben langfristig Biomasse-, Laufwasser-, Pumpspeicher- und ggf. Gaskraftwerke - in ferner Zukunft vielleicht auch mal Fusionskraftwerke.

Um also weiterhin den Ausgleich zwischen Bedarf und Produktion herzustellen, muss nun auch an der Bedarfsseite geregelt werden. Dies ist natürlich nur in begrenztem Umfang möglich - doch wenn man genau hinschaut in erstaunlich großem. Gut regelbar sind Verbraucher, die selbst ein Energiespeicher sind. Ein ganz klassisches Beispiel ist die Nachtspeicherheizung, die vielleicht der ein oder andere noch kennt: Nachts - wenn der Strombedarf gering ist - wird eine Steinplatte in einem Heizkörper aufgeladen. Tagsüber wird die geheizte Platte von Luft umströmt und die Wärme so an den Raum abgegeben.

Die potenziellen smarten Verbraucher sind zahlreich: Kühlhäuser beispielsweise können zu Zeiten geringen Strombedarfs bzw. Angebotsüberschusses stark heruntergekühlt werden und so ihren Energiebedarf decken. In Hochlastzeiten laufen die Kühlaggregate einfach nicht, durch die Isolierung bleibt das vorher tiefer als gewöhnlich gekühlte Kühlhaus kalt genug. Auch mit modernen Haushaltskühlschränken wäre eine solche Steuerung gut möglich. Ein Indiz dafür sind Werbeversprechen wie "Kältereserve 24h" - eine so gekennzeichnete Tiefkühlbox könnte statt rund um die Uhr auf -20°C zu kühlen zu Zeiten wenn viel Wind weht oder die Sonne scheint z.B. auf -40°C kühlen und dann über viele Stunden ohne weitere Energieversorgung auskommen.

Sobald die Umstellung auf Elektromobilität erfolgt ist, gibt es ein weiteres großes Speicherpotenzial: Die meisten Elektrofahrzeuge werden nachts unbenutzt an ihren Ladesäulen stehen. Im einfachsten Fall würde man sie mit Nachtstrom laden, später - im echten intelligenten Netz - würden sie bei Stromüberangebot intensiv geladen werden und könnten sogar bei Strommangel aus ihren Batterien (die dann wahrscheinlich auch effizienter arbeiten werden also heute) das Netz mit zusätzlicher Energie unterstützen. Damit dies funktioniert, muss der Fahrzeugnutzer natürlich dem Netz auch den Bedarf vormelden. Es ist ja schließlich nicht sinnvoll, die Batterie des eigenen Fahrzeugs leerzuverkaufen, wenn man eine Stunde danach eine längere Fahrt plant.

Und damit sind wir auch schon bei der meiner Einschätzung nach größten Herausforderung eines konsequenten "Smart Grid": Die "smarte" Komponente "Mensch"! Heute sind wir es gewohnt, dass der Strom einfach so und rund um die Uhr gleichwertig aus der Steckdose kommt. Es gibt keinen offensichtlichen Grund und erst recht keinen Anreiz, die Geschirrspülmaschine, den Wäschetrockner oder die Waschmaschine genau dann laufen zu lassen, wenn gerade mehr Strom produziert als nachgefragt wird. Doch diese Anreize werden kommen müssen, damit Smart Grids funktionieren.

In einem ersten Ansatz wird konsequente smarte Stromnutzung sich im Preis niederschlagen: Wenn der Strompreis mit der Differenz aus Angebot und Nachfrage zumindest teilweise zum Endkunden durchgereicht wird, dann lohnt sich, die vollbeladene Waschmaschine in Wartestellung auf einen günstigen Tarif vielleicht 2-3 Stunden lauern zu lassen oder den Geschirrspüler nachts laufen zu lassen (was übrigens auch eine praktische Zeit ist, denn dann nervt er nicht mit seiner Lautstärke). Im hypothetischen Idealfall könnte der Endkunde übrigens durch Stromverbrauch auch Geld verdienen, denn bei einem starken Überangebot an elektrischer Energie bei viel Wind könnte der Großhandelsstrompreis sogar negativ werden!

Damit all dies funktioniert, muss eine Standardisierung der technischen Komponenten des Smart Grid erfolgen. Dazu gibt es Bestrebungen und europaweite Forschungsprojekte, siehe z.B. www.smartgrids.eu.

Spannend wird im Zuge dieser Entwicklungen, wie sich die wirtschaftliche Seite darstellen wird. Die Kosten für die intelligente Netzinfrastruktur werden sich Netzbetreiber und Kunden vermutlich teilen. Intelligente Stromzähler, die verschiedene Preisniveaus zu verschiedenen Zeiten anzeigen, sowie die zusätzlichen Telekommunikationseinrichtungen, werden sich die Kunden in Haus und Wohnung installieren müssen. So wie jetzt auch werden die Netzbetreiber dafür eine Miete verlangen. Die Bedarfsdaten und die passenden Prognosen werden von den Betreibern geliefert werden, und eine ganze Reihe altbekannter und neuer Hersteller werden in den Haushalten intelligente Applikationen entwickeln, die mit möglichst niedrigem Komfortverlust das Bedarfsprofil des Benutzers mit Blick auf Preis und Preisprognose optimieren werden. Wie aber schon oben gesagt: Gerade im Haushalt ist dafür die Bereitschaft des einzelnen Nutzers und der einzelnen Nutzerin für eine vorausschauende Benennung des Energiebedarfs erforderlich.

Ausgeblendet habe ich in dieser Betrachtung bisher Industrie und Gewerbe. Es gibt sicher einige Bereiche (wie die genannten Kühlhäuser), die gut als regelbare Komponenten in intelligente Netze eingebunden werden können. Doch auch die nicht regelbaren Komponenten wie Öfen jeglicher Größe, Förderbänder usw. sind auch im intelligenten Netz kein Hindernis, denn sie sind planbar und können bei Prognosen und Bedarfsanmeldungen gut berücksichtigt werden.

Wie groß ist das Einsparpotenzial durch intelligente Netze? Nun, vermutlich ist es nahe Null, solange kein nicht wegregelbarer Überbedarf an elektrischer Energie besteht. Aber das ist ja auch nicht das Ziel intelligenter Netze! Intelligente Netze haben einzig die Aufgabe, auch auf Nutzerseite eine Anpassung von Bedarf und Angebot im Strommarkt herzustellen. Und das ist notwendig, wenn wir beim Umstieg auf erneuerbare Energien eben nicht mehr 100% Kontrolle auf die Angebotsseite im Stromnetz haben.

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