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Dass Smart Grids ein wichtiger Baustein für die Energiewende sind, haben sie schon in Modellregionen bewiesen. Stellten die Stromnetze früher nur die Energie bereit, damit Stromverbraucher sich quasi wahllos „bedienen“ konnten, sorgt nun eine intelligente Steuerung unter Einbeziehung von Erzeugern und Speichern dafür, dass die Energie möglichst immer effizient und bedarfsorientiert genutzt wird. Doch dahinter steckt ein ganz schön großer Aufwand.

Intelligente Netze existieren bereits millionenfach um uns herum. Dass wir sie nicht sehen können, ist in gewisser Weise Absicht – sie „funktionieren“ einfach, und das ist gut so. Sonst würden die geschätzten 8 Milliarden Bäume, die in Deutschland stehen und wachsen, irgendwann eingehen. Denn auch in ihnen steckt ein „smart grid“, ein intelligentes Netz, das mit lebenswichtiger Energie versorgt wird. Intelligent deshalb, weil der Baum nur überleben kann, wenn die Energie clever und bedarfsorientiert verteilt wird.

Diesen „grünen“ Vergleich hat die Intelligente Welt schon einmal herangezogen: „Die einzelnen Zellen jedes Blattes sind mit ihren Nebenzellen verbunden, die einzelnen Blätter mit den anderen Blättern – über kleine Zweige. Die wiederum über größere Äste mit anderen Zweigen. Und der ganze Baum schließlich stellt ein riesiges Ökosystem dar, in dem die Energiereserven clever verteilt werden.“

So beginnt unser etwa vierminütiges IW-Video über den Großversuch in der „Modellstadt Mannheim“, kurz: „moma“. An Stelle des symbolhaft dargestellten Baumes trat ein kleines Gerät namens „Energiebutler“, der in etwa 1000 Mannheimer Haushalten den Stromverbrauch steuert.

Das Gerät legt den Stromverbrauch in Zeiträume, in denen viel Energie aus erneuerbaren Quellen ins Netz gespeist wird – was wiederum ein großes Stromangebot und günstige Preise bedeutet. Eine Waschmaschine beispielsweise wird genau dann automatisiert gestartet, wenn der Strom günstig ist. Durch den Abruf von Echtzeitdaten kennt das Netz immer den aktuellen Status aller Erzeugungsanlagen und größeren Stromverbraucher, von Warmwasserspeichern und Wärmepumpen bis zu Kühlschränken und Trocknern.

Smart Grids halten die Netze stabil

Doch günstige Preise sind nur ein Aspekt. Die Realisierung von Smart Grids ist sogar zwingend notwendig, weil sonst irgendwann die Stabilität der bisherigen Netze nicht mehr gewährleistet werden kann. Ein Grund dafür ist auch die Tatsache, dass immer mehr „dezentrale Erzeugungsanlagen“ in den Markt drängen … etwa Photovoltaik-Anlagen. Das Verteilungsnetz muss wie ein Moderator die Verteilung koordinieren und große Schwankungen verhindern. In Wikipedia liest sich das so:

„Eine zentrale Steuerung gleicht Leistungsschwankungen – insbesondere durch fluktuierende erneuerbare Energien – im Netz aus. Die Vernetzung erfolgt durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien sowie dezentral organisierter Energiemanagementsysteme zur Koordination der einzelnen Komponenten.“

Den nüchternen Lexikontext übersetzt E-Politik.de mit einem kompakten 1-Minüter-Video:

Dass mehr „Struktur“ dem Verteilungsnetz gut tun würde, vor allem vor dem Hintergrund der Umwälzungen durch erneuerbare Energien, gründet sich auf verschiedene Aspekte: Bei der Erzeugung aus fossilen Rohstoffen muss die Energie große Strecken zurücklegen, auf denen wiederum wegen des Widerstandes der Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze viel Energie verloren geht. Außerdem wird die Nutzung der Leitungen, die mehrheitlich den großen vier Stromkonzernen gehören, für alternative Stromanbieter oft erschwert.

Smart Grids dagegen könnten unzählige Kleinkraftwerke – direkt beim Verbraucher oder in seiner Nähe – harmonisch in das große Gefüge integrieren. Selbst die Zwischenspeicherung wäre vernachlässigbar, wenn die Energie bedarfsorientiert von den dezentralen Anlagen geliefert werden kann. Im umgekehrten Fall – also bei einer Überproduktion von Strom – könnten zum Beispiel Elektroautos oder stationäre Batteriespeicher als Puffer fungieren.

In sechs Modellregionen wurden intelligente Stromnetze getestet

Doch ein „Umschalten“ von der bisherigen auf eine intelligente Verteilung ist erwartungsgemäß nicht mal eben so möglich. Und es ergeben sich neue Fragen, zum Beispiel zum Datenschutz: Wer darf die Echtzeitdaten erfassen und nutzen? Wie wird die Anonymisierung sichergestellt? Auf welche Standards zur Übertragung einigt man sich?

Nicht nur deshalb wurden von 2008 bis 2013 in sechs Modellregionen  Möglichkeiten zur Optimierung der Stromerzeugung und des Energieverbrauchs getestet – und zwar – im Rahmen des Projekts E-Energy der Bundesministerien für Wirtschaft und Technologie (BMWi) sowie Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU). Basis waren modernste ITK-Lösungen. 42 Unternehmen und wissenschaftliche Einrichtungen beteiligten sich an E-Energy.

Allen Modellregionen gemein war die Eröffnung eines Energie-Marktplatzes im Internet, wo sich Angebot und Nachfrage selbsttätig regeln – hier konnte jeder „Strominteressent“ mitmachen, vom Erzeuger bis zum Verbraucher. Neben „moma“, der eingangs vorgestellten Modellstadt Mannheim, wurden die folgenden Regionen ausgewählt.

Die Modellregionen im Überblick

eTelligence hilft Energie sparen: In Cuxhaven wurden Stromproduzenten und -verbraucher miteinander so vernetzt, dass der schwankende Strom aus Wind und Sonne optimal in die Netze integriert werden konnte. Selbsttätig agierende Plug&Play-Geräte sorgten dafür, dass alle Beteiligten sich praktisch um nichts kümmern mussten. Mit dabei waren 650 Privathaushalte, zwei große Kühlhäuser, ein Windpark, Photovoltaik-Anlagen, die städtische Abwasserreinigungsanlage sowie ein Erlebnisbad.

„Wenn Kunden aktiv mitwirken, müssen sie ihre Lebensgewohnheiten nicht komplett dem Angebot erneuerbarer Energien anpassen. Denn energetisch richtiges Verhalten kann mit technischer Unterstützung mittelfristig so einfach werden wie das tägliche Zähneputzen.“ (e-dema.de)

Intelligenter Stromverbrauch in 700 Privathaushalten: Im Rhein-Ruhr-Gebiet testete „E-DeMa“ die zeitnahe Verbrauchsdaten-Erfassung und -Bereitstellung über digitale Stromzähler. Simuliert wurde auch die Einspeisung von selbsterzeugtem Strom in dem Moment, wo der Strompreis hoch ist. Ein 6-minütiges Video fasst das Projekt zusammen:

CO2-Minimierung durch „Minimum Emission Regions“: Das in den baden-württembergischen Gemeinden Göppingen und Freiamt durchgeführte Projekte „MeRegio“ vernetzte zentrale und dezentrale Energieerzeugungsanlagen.  In den beiden Modellregionen machten ingesamt rund 1000 Teilnehmer mit – circa 800 reine Strom-Verbraucher und etwa 200  200 Teilnehmer mit zusätzlich dezentraler Energieerzeugung. Und auch hier wurde der Verbrauch an einen dynamischen Tarif gekoppelt, um Geräte zu günstigen Zeiten arbeiten zu lassen. In vier Minuten stellt die Intelligente Welt das Projekt im Video vor.

Internet der Energie durch „Smart Watts“: Ebenfalls gestützt durch intelligente Stromzähler, wurden in der Modellregion Aachen 250 Haushalte mit Energiezentralen ausgestattet. Haushaltsgeräte verbrauchten dann Strom, wenn er günstig zur Verfügung stand, jedoch ohne Komforteinbußen. Auch zu diesem Projekt gibt es ein Vier-Minuten-Video der Intelligenten Welt :

 

Regenerative Modellregion Harz: Über ein Online-Netzwerk konnten sich Erzeuger, Händler, Netzbetreiber und Kunden – ökologisch und ökonomisch optimiert – mit Energie versorgen und dabei auch Elektrofahrzeuge als Speicher integrieren. Das Netzwerk lief als „virtuelles Kombikraftwerk“ zur Verknüpfung aller Teilnehmer.

Immer mehr Smart Grids werden in Europa getestet

Über das „Leuchtturmprojekt“ E-Energy der Bundesregierung hinaus werden intelligente Stromnetze auch anderswo getestet, zum Beispiel im Modellversuch e-GAP in Garmisch-Partenkirchen, bei Web2Energy in Südhessen, im Projekt „Smart Grids“ in Salzburg oder auch im Rahmen des Projekts „smart power“ in zwei Städten der Schweiz. Im Forschungsprojekt E2SG („Energy to Smart Grid“), 2015 erfolgreich abgeschlossen, arbeiteten gar 29 Projektpartner aus neun europäischen Ländern an der nachhaltigen Erzeugung, Übertragung und Nutzung von Strom.

Umfassende Informationen zum Programm „E-Energy – Smart Energy made in Germany“ liefert darüberhinaus eine 80-seitige Broschüre, die beim BMWi zum Download bereitsteht. Sie gibt einen Überblick über die Ergebnisse der sechs Modellregionen und der Begleitforschung.