Smart Grid - so funktioniert das intelligente Stromnetz der Zukunft
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Smart Grid: So funktioniert das schlaue Stromnetz

Smart Grid - das Stromnetz von morgen

Wer heute den Föhn in die Steckdose steckt, braucht keine Angst zu haben, mit nassen Haaren nach draußen gehen zu müssen – auf den Strom ist Verlass. Was aber, wenn der Wind nicht weht, die Sonne nicht scheint und ein Großteil der Energie aus Solar- und Windparks kommt? Dann kommt das Smart Grid ins Spiel, denn ohne ein intelligentes Stromnetz könnte es sein, dass der Föhn künftig ausbleibt. Wir erklären Ihnen, wieso das so ist und wie die Energiewende mit dem Smart Grid gelingt.

Aufbau eines Smart Grids

Definition Smart Grid: Das Smart Grid ist ein intelligentes Stromnetz. Ein Stromnetz wird dann intelligent, wenn innerhalb des Netzes ein Informationsaustausch erfolgt, mit dessen Hilfe die Stromerzeugung und der Verbrauch dynamisch gesteuert werden können.

Damit ein Smart Grid funktioniert, gibt es ein paar Voraussetzungen. So müssen etwa die Teilnehmer im Stromnetz ihre Stromverbräuche und die Erzeugung innerhalb des Netzes kommunizieren können. Hier kommen die sogenannten Smart Meter ins Spiel. Die digitalen Stromzähler wurden in Deutschland bereits 2015 beschlossen – im Zuge des Gesetzes der „Digitalisierung der Energiewende“. Seit 2017 sind Smart Meter Pflicht, bis 2032 muss jeder Stromzähler digital sein. Die Geräte erfassen die Verbräuche in Echtzeit und kommunizieren diese. Der erste Schritt wäre damit also getan.

Innerhalb des Smart Grids gibt es verschiedene Elemente, die jeweils unterschiedliche Rollen übernehmen:

Steuerungszentrale – das Gehirn des intelligenten Netzes

In der Zentrale laufen alle Informationen zusammen. Aktuelle Stromverbräuche und Werte zur Produktion genauso wie Prognosen, die auf einer breiten Datenbasis erfolgen. Wie der Name bereits verrät, kann die Zentrale mithilfe der Informationen das Netz steuern und somit einen Angebotsüberschuss oder eine hohe Nachfrage ausgleichen.

 

Kommandozentrale von SpaceX
Die Kommandozentrale von SpaceX - ähnlich könnte es auch in zukünftigen Steuerungszentralen von Smart Grids aussehen. Quelle: Pixabay

Stromspeicher – Puffer für Erneuerbare Energien

Durch den steigenden Anteil Erneuerbarer Energien spielen zudem Energiespeicher eine wichtige Rolle. Diese können überschüssigen Strom – etwa an windigen, sonnigen Tagen – speichern und dann abgeben, wenn der Bedarf die Produktion übersteigt. Dank der Smart Meter weiß das Netz der Zukunft genau, wann das der Fall ist und kann dann die Energiespeicher anzapfen. Dabei sind nicht nur große Speicheranlagen gemeint. Auch heimische Stromspeicher oder Elektroautos können in Stunden der Stromknappheit helfen, einen hohen Strombedarf abzupuffern.

Eine weitere Möglichkeit stellt hier die sogenannte Lastverschiebung dar. Da die Nachfrage immer dem Stromangebot entsprechen muss, wäre es auch denkbar, dass das Smart Grid in Zeiten des Überangebots einzelne Solaranlagen drosselt und gleichzeitig mehr Strom verbraucht. Überschüssige Energie könnte beispielsweise Kühlhäuser stärker abkühlen. Bei einem Unterangebot reicht die bestehende Kälte dann aus, um das Kühlhaus für einen begrenzten Zeitraum auch ohne Stromzufuhr kalt zu halten. Da das Wasser die Wärmeenergie speichert, bliebe die Temperatur trotz Lastverschiebung durchgehend angenehm.

Stromspeicher könnten Defizite und Überangebote an Energie abpuffern. Quelle: E.ON
Stromspeicher könnten Defizite und Überangebote an Energie abpuffern. Quelle: E.ON

Grüne Kraftwerke – das Rückgrat des Smart Grids

Kraftwerke erzeugen auch künftig den Großteil des Stroms innerhalb eines Netzes. Allerdings ändern sich zwei grundlegende Aspekte der Stromerzeugung: Erstens erzeugen die grünen Kraftwerke von morgen nicht mehr konstant die gleiche Menge Energie, wie das Kohle- oder Atomkraftwerke tun – sie werden volatiler. Zweitens wird die Stromproduktion dezentraler: Wo früher ein einziges Atomkraftwerk ganze Städte mit Energie versorgt hat, springen nun zahlreiche kleinere Kraftwerke ein, die jeweils einen Bruchteil der Energie eines AKWs erzeugen. In Deutschland werden das zukünftig hauptsächlich Solaranlagen und Windräder sein, aber auch Wasserkraftwerke, Geothermie- und Biogasanlagen. Diese werden dort installiert, wo sie am effizientesten genutzt werden können.

Das Smart Grid könnte künftig außerdem viele kleine Kraftwerke zu sogenannten virtuellen Kraftwerken zusammenfassen. Eine Gruppe aus Windrädern, Solaranlagen, Brennstoffzellen und Wasserkraftwerken würde so zum Beispiel virtuell zu einer Einheit zusammengefasst. Der Vorteil: Die Stromerzeugung dieser virtuellen Gruppierung schwankt nicht so stark wie etwa die eines einzelnen Windrads. Dadurch gewinnt das Netz an Stabilität. Zusätzlich könnten mithilfe von Lastverschiebungen und Stromspeichern Schwankungen ausgeglichen werden.

Viele Windkraft- und Solarparks ersetzen bald ausgediente Kohle- und Atomkraftwerke
Viele Windkraft- und Solarparks ersetzen bald ausgediente Kohle- und Atomkraftwerke. Quelle: E.ON

Stromerzeugende Haushalte und Betriebe mit Smart Meter

Haushalte und Betriebe mit eigener Energieerzeugung – etwa eigenen Photovoltaikanlagen, Brennstoffzellen oder BHKWs – könnten in einem Smart Grid mithilfe der Smart Meter erstmals aktiv am Stromhandel teilnehmen. Dadurch könnte Energie zu günstigen Konditionen verkauft werden. Gleichzeitig wäre es denkbar, mithilfe des Smart Grids hunderte kleiner Stromproduzenten zu verknüpfen, um Schwankungen in der Stromproduktion dynamisch auszugleichen.

Heute kann jeder mithelfen die Energiewende zu bewältigen - etwa mit einer Photovoltaikanlage
Heute kann jeder mithelfen die Energiewende zu bewältigen - etwa mit einer Photovoltaikanlage. Quelle: E.ON

Verbraucher profitieren vom Smart Meter

Auch für Verbraucher können sich aus einem Smart Grid viele Vorteile ergeben. Dabei nimmt der Smart Meter eine Schlüsselrolle ein. So könnten Stromkunden in Zukunft beispielsweise mit zeitvariablen Tarifen Kosten sparen. Hinter dem etwas sperrigen Begriff verbirgt sich nichts anderes als ein Strompreis, der sich nach dem Stromangebot richtet. So kann etwa eine Spülmaschine sich nachts dann automatisch einschalten, wenn gerade viel Energie verfügbar ist und diese entsprechend weniger kostet.

Ein Großteil der Bevölkerung - gerade in Großstädten - verbraucht Strom ohne selbst Energie zu produzieren.
Ein Großteil der Bevölkerung - gerade in Großstädten - verbraucht Strom ohne selbst Energie zu produzieren. Quelle: E.ON

Elektroautos sind im intelligenten Stromnetz auch Speicher

Elektroautos könnte innerhalb eines intelligenten Stromnetzes eine elementare Funktion als Energiespeicher zuteilwerden. Autos, die über einen längeren Zeitraum in der Steckdose eingesteckt sind, (beispielsweise über Nacht) können etwa dann aufgeladen werden, wenn zu viel Strom verfügbar ist.

Ein mögliches Szenario: Abends nach der Arbeit, etwa gegen 19:00 Uhr, wird das E-Auto in der Garage abgestellt und zum Laden an die Steckdose gesteckt. Das Fahrzeug wird allerdings erst wieder am nächsten Tag um 08:00 Uhr morgens bewegt – steht also 13 Stunden in der Garage und ist die ganze Zeit über am Netz. Das Volltanken an sich dauert nur wenige Stunden. Deshalb wartet der Smart Meter, bis er die Information aus dem Smart Grid bekommt, dass gerade viel Strom verfügbar ist, und gibt der heimischen Ladebox den Befehl das Elektroauto zu laden. Das kann zum Beispiel mitten in einer stürmischen Nacht der Fall sein, wenn die Einwohner wenig Energie verbrauchen – die Windräder aber viel produzieren. Das Überangebot kann damit ausgeglichen werden. Ein weiterer Vorteil: E-Auto-Fahrer tanken günstigen Grünstrom, da der Strompreis je nach Angebot berechnet werden kann.

Elektroautos sorgen für saubere Atemluft, schonen die Umwelt und könnten im Smart Grid auch als Energiespeicher fungieren
Elektroautos sorgen für saubere Atemluft, schonen die Umwelt und könnten im Smart Grid auch als Energiespeicher fungieren. Quelle: E.ON

Fazit: Ohne Smart Grid keine Energiewende

Früher war alles einfacher: Ein Kraftwerk erzeugte konstant Strom und der kam bei den Verbrauchern an. Ganz egal ob Unternehmen, Privatperson, Behörde oder Industrie.

Heute fließt der Strom aber nicht mehr nur in eine Richtung: Freunde der grünen Energie haben Photovoltaikanlagen auf den heimischen Dächern installiert, Unternehmen besitzen Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen. Wird dort mehr Energie erzeugt als verbraucht, wird sie zurückgespeist. Zudem werden wenige zentrale Kraftwerke zunehmend durch viele kleine Kraftwerke ersetzt, die dezentral Energie erzeugen. Hinzu kommt, dass Erneuerbare Energien wie Solar- und Windparks nicht rund um die Uhr die gleiche Menge Strom produzieren, sondern genau so viel wie das Wetter gerade zulässt. Und dann wäre da auch noch das Elektroauto. Heute noch kein Problem – was aber, wenn in zehn Jahren in der Nachbarschaft 20 Autos abends gleichzeitig aufgeladen werden wollen?

Die Energiewelt ist komplexer geworden und das ist auch der Grund wieso ein Smart Grid so wichtig ist. Man stelle sich nur vor, dass in Zukunft der Großteil des Stroms grün ist und fast jedes Auto elektrisch fährt. Nur wenn ein Stromnetz dann weiß, wo gerade wie viel verbraucht wird und wo wie viel produziert wird, kann es auf Umwelteinflüsse reagieren und dafür sorgen, dass das Licht nie ausgeht - zumindest nicht von alleine.

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