Smart Grid: Intelligentes Stromnetz für die Energiewende

Smart Grid
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Als Smart Grid bezeichnen Energie-Experten intelligente Stromnetze, die Stromerzeugung und Stromnachfrage an Bedarf und Verbrauch ausrichten. So helfen Smart Grids, Strom aus erneuerbaren Energien zu jeder Zeit zur Verfügung zu stellen.

Smart Grids (übersetzt „intelligente Netze“) sind Teil der Energiewende in Deutschland. Sie sollen dafür sorgen, dass wir in Zukunft Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung haben, auch wenn gerade nicht die Sonne scheint oder der Wind weht. Möglich macht das eine gezielte Steuerung von Stromerzeugung, Stromverbrauch und Stromspeicher. Nur wenn diese drei Bereiche aufeinander abgestimmt sind, steht jederzeit genug Strom zur Verfügung. Dazu ist es nötig, dass Informationen zu Erzeugung, Verbrauch und Speicher in Echtzeit ausgetauscht werden. Eine Steuerungszentrale kann dann Engpässe und Überschüsse ausgleichen.

Smart Grid: Intelligentes Netz für erneuerbare Energien

Smart Grids sind für erneuerbare Energien wichtig.
Smart Grids sind für erneuerbare Energien wichtig. (Foto: CC0 / Pixabay / mrganso)

Strom aus erneuerbaren Energien, vor allem aus Windkraft, Photovoltaik oder Wasserkraft, ist sehr stark von externen Faktoren abhängig: Ob und wann die Sonne scheint oder der Wind weht, können wir nicht beeinflussen. Würde Deutschland also ausschließlich auf erneuerbare Energien setzen, hätten viele Haushalte wohl abends und nachts keinen Strom. Denn dann scheint die Sonne nicht und in vielen Nächten ist es windstill. Hinzu kommt, dass sich erneuerbare Energien nicht in ihrer Intensität steuern lassen: Wie stark der Wind weht und damit auch, wie hoch die Stromproduktion gerade ist, passt oft nicht zur benötigten Strommenge. Bläst der Wind beispielsweise nachts sehr stark, müssten wir die Windkraftanlagen abschalten. Denn nachts ist die Nachfrage an Strom so gering, dass die Netze sonst überlastet wären.

Smart Grids gelten laut Bundesnetzagentur als Lösung für diese Probleme: Sie sorgen dafür, dass der Strom aus vielen kleinen Anlagen (dezentral) ins Stromnetz gelangt, bei zu großen Mengen an verschiedenen Orten gespeichert oder verbraucht wird und so das Netz stabil bleibt. Möglich macht das „Kommunikations-, Mess-, Steuer-, Regel- und Automatisierungstechnik“, so die Bundesnetzagentur.

Smart Grid einfach erklärt im Video der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften:

Stromproduktion bei Smart Grids

Die Stromproduktion mit erneuerbaren Energien in Deutschland hat dafür gesorgt, dass unser Stromnetz smart werden muss. Denn heute kann sich jeder Hausbesitzer und jede Firma eine Solaranlage aufs Dach montieren und so zum Stromproduzenten werden. Den Strom speist der Nutzer dann ins Netz ein, wenn er ihn nicht vollständig selbst verbraucht. Dadurch gibt es tausende kleine Stromproduzenten in ganz Deutschland und die Energieerzeugung ist dezentral.

Neben Solar- und Wasserkraftanlagen gibt es auch immer mehr Geothermie- und Biogasanlagen. Zum Beispiel setzen viele Landwirte auf Biogasanlagen, um ihre überschüssige Gülle loszuwerden. Damit es möglich ist, Energieengpässe auszugleichen, müssen die vielen Anlagen aber miteinander kommunizieren. Wasserkraftanlagen können dann etwa einspringen, wenn Solaranlagen mangels Sonne weniger Strom produzieren.

Smart Grids brauchen gute Stromspeicher

Windenergie ist volatil: Smart Grids brauchen gute Speicher.
Windenergie ist volatil: Smart Grids brauchen gute Speicher. (Foto: Sven Christian Schulz / Utopia)

Damit auch bei wenig Wind und Sonne längere Zeit ausreichend Strom zur Verfügung steht, sind Stromspeicher wichtig. Außerdem dienen sie dazu, kurzzeitige Ungleichgewichte im Stromnetz auszugleichen. Auch hier kommen viele verschiedene Methoden zum Einsatz:

  • Mit Power-to-Gas-Anlagen lässt sich überschüssiger Strom speichern und als Gas weiterverwenden, sagen Forscher.
  • Der überschüssige Strom könnte auch dazu dienen, Kühlhäuser stärker zu kühlen, meint Energieversorger E.ON.
  • Elektroautos könnten ebenfalls als Puffer dienen: Ist zu viel Strom vorhanden, werden die Akkus aufgeladen und bei einem Mangel etwas entladen. Dies ist vor allem nachts denkbar, denn viele Autos stehen von abends bis morgens in der Garage.

Smart Grids verbinden Verbrauch und Bedarf von Strom mit Erzeugung und Nachfrage: Ist die Erzeugung gerade hoch, der Bedarf aber nicht, speichert das Smart Grid den Strom zwischen. Steigt dann die Nachfrage, kann der Strom abgerufen werden. Laut Bundesnetzagentur beträgt die Speicherkapazität derzeit ca. 40 GWh, der Verbrauch in Deutschland pro Tag aber rund 1.500 GWh. Hier ist also noch ein großer Ausbau nötig.

Verbraucher sparen Geld und Strom mit durch Smart Meter

E-Autos können als Stromspeicher Teil des Smart Grids sein.
E-Autos können als Stromspeicher Teil des Smart Grids sein. (Foto: Sven Christian Schulz / Utopia)

Für Verbraucher sind Smart Grids aus mehreren Gründen interessant: Zum einen können sie sich selbst an der Stromproduktion beteiligen, wenn sie als Hausbesitzer eine Solaranlage auf dem Dach haben. Zum anderen können sie Strom und Geld sparen. Denn Smart Grids können Anreize setzen, Strom antizyklisch zu nutzen. Das bedeutet: Ist besonders viel Strom im Netz, sinken die Strompreise und bei wenig Strom steigen die Preise.

  • Verbraucher können dann stromintensive Tätigkeiten so planen, dass sie besonders günstig Strom beziehen. So könnten sich in Zukunft Waschmaschinen so programmieren lassen, dass zum Zeitpunkt eines niedrigen Strompreises waschen. Hierbei helfen Smart Meter – intelligente Stromzähler. Sie übermitteln, wie viel Strom ein Haushalt in Echtzeit verbraucht.
  • Durch die Einbindung des eigenen Elektroautos ins Smart Grid kann es zum Beispiel nachts erst zu dem Zeitpunkt aufgeladen werden, wo besonders viel Strom im Netz ist und der Preis daher niedrig. Besteht aber morgens Strommangel, könnte das vollgeladene Auto beispielsweise 20 Prozent wieder ins Netz einspeisen, die für die Fahrt zur Arbeit ohnehin nicht nötig sind. Steht das Auto dann auf dem Firmenparkplatz und die Sonne sorgt für volle Netze, wird es voll aufgeladen.

Verbraucher können also selbst am sogenannten „Smart Market“ marktähnlich handeln und von variablen, zeitabhängigen Stromtarifen profitieren.

Der Weg zu Smart Grids

Notwendig ist für Smart Grids zunächst ein Netzausbau mit Hoch- und Höchstspannungsleitungen, erklärt die Bundesnetzagentur. Offshore-Windparks müssen besser ans Netz angebunden werden und zusätzliche Stromtrassen sind nötig, vor allem um Strom aus dem windreichen Norden in den Süden zu bringen.

In Deutschland gibt es für Haushalte eine Smart-Meter-Pflicht. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat drei Smart Meter unabhängiger Hersteller Ende 2019 dafür zertifiziert. Ab 2020 beginnt dann die Umrüstung der Haushalte. Verpflichtend ist ein Smart Meter aber nur für Haushalte ab 6.000 kWh Stromverbrauch im Jahr. Bei einem geringeren Stromverbrauch genügt es, wenn es sich um einen modernen Stromzähler handelt. Bis 2032 müssen alle Zähler umgerüstet sein – je nach Stromverbrauch „modern“ oder als „Smart Meter“.

Bisher gibt es Smart Grids fast nur in der Theorie, erklärt der Branchenverband Bitkom. Doch durch den geplanten Netzausbau der Bundesregierung, die Einführung von Smart Meter und den stetigen Ausbau der erneuerbaren Energien wird das Smart Grid mehr und mehr Wirklichkeit.

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