Smart Grids – intelligente Stromnetze für mehr Nachhaltigkeit

Smart Grid-Technologie: So funktionieren die intelligenten Stromnetze

Gewöhnliche Stromnetze funktionieren nach einem einfachen Prinzip: Sie transportieren Strom von großen Kraftwerken über Leitungen zu den Verbraucher:innen – ähnlich wie beim traditionellen Schulunterricht, bei dem eine Lehrperson Wissen an viele Schüler:innen im Klassenraum weitergibt. Doch dieser eher einseitige Informationsfluss gilt mittlerweile nicht nur in der Schule als nicht mehr ausreichend für heutige Anforderungen. Auch bei der Energieversorgung wird eine flexiblere und smartere Lösung benötigt. In den Schulklassen kommunizieren die Kinder und Jugendlichen untereinander und konsumieren nicht mehr nur Wissen, sondern produzieren auch selbst neue Erkenntnisse. Moderne Smart Grids funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Sie kombinieren digitale Technologien, automatisierte Steuerung und Echtzeit-Kommunikation, um die Energieversorgung effizienter, zuverlässiger und nachhaltiger zu gestalten.

Die Hauptkomponenten eines Smart Grids im Überblick:

• Stromerzeugung: Fossile Kraftwerke, Solar- oder Windparks erzeugen die Energie.

• Smart Meter: Intelligente Stromzähler erfassen den Energieverbrauch und die Einspeisung in Echtzeit.

• Übertragungs- und Verteilnetz: Sowohl der Strom als auch die Daten werden über ein großflächiges Netz verteilt bzw. übertragen. Alle Elemente des Smart Grids sind dadurch miteinander vernetzt.

• Zentrales Rechenzentrum: In der Zentrale laufen die Daten und Informationen zusammen. Aus den Daten des aktuellen Stromverbrauchs lassen sich hier zuverlässige Prognosen erstellen.

• Energiespeicher: Überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- oder Windkraft wird gespeichert und bei Bedarf wieder ins Netz eingespeist.

• Verbraucher:innen: Smart Homes gewährleisten die Kommunikation zwischen Verbraucher:innen und Stromerzeugern. Haushalte mit eigener Energieerzeugung nehmen zudem aktiv am Stromsystem teil.

Innerhalb eines Smart Grids werden Informationen und Daten über den Stromverbrauch und die Übertragung in Echtzeit ausgetauscht. Dabei sammeln die intelligenten Stromnetze zunächst mithilfe von drahtlosen und drahtgebundenen Technologien Daten über den Energieverbrauch und die Produktion. Die Steuerung des Smart Grids erfolgt über ein zentrales Rechenzentrum. Hier laufen in der Zentrale alle Daten zusammen und werden dort verarbeitet. Dazu zählen insbesondere der aktuelle Stromverbrauch, konkrete Zahlen zur Stromerzeugung und jeweilige Betriebszustände.

Durch smarte Geräte, beispielsweise die Smart Meter im Haushalt der Endverbraucher:innen, werden sämtliche Teilnehmende digital miteinander verknüpft. So können beispielsweise Stromerzeuger mit Stromverbraucher:innen (und umgekehrt) kommunizieren. Da die Informationen in Echtzeit analysiert werden, kann sich das Stromnetz flexibel an aktuelle Bedürfnisse anpassen. Wenn tagsüber zum Beispiel viel Solarenergie erzeugt wird, wird überschüssige Energie in angeschlossenen Speichern zwischengespeichert oder an Verbraucher:innen weitergeleitet. Das Energienetz erkennt aber auch Überlastungen oder Engpässe und steuert die Energieflüsse entsprechend, indem es Anlagen drosselt oder zusätzliche Kapazitäten aktiviert.

Smart Grids sind weit mehr als nur eine technologische Entwicklung für die Energiebranche. Durch die intelligente Vernetzung und Steuerung können die innovativen Systeme unsere Stromnutzung optimieren und den Energieverbrauch effizienter gestalten.

• Aktive Teilnahme am Energiemarkt: Wenn Sie eine PV-Anlage auf Ihrem Dach haben, sorgen die intelligenten Stromnetze dafür, dass die Sonnenenergie, die Sie nicht sofort selbst benötigen, entweder in das Netz eingespeist oder für später gespeichert wird. So werden Sie vom Verbraucher zum aktiven Teilnehmer am Energiemarkt, einem sogenannten Prosumer. Außerdem können Sie durch die Einspeisung von Strom zusätzliche Einnahmen generieren.

• Kosteneinsparung durch Automatisierung: Im Alltag haben Sie tagsüber viele Geräte wie Waschmaschine und Kühlschrank gleichzeitig laufen. Mit einem smarten Energiesystem können Sie Ihre Geräte so steuern, dass sie nur dann laufen, wenn der Strompreis am günstigsten ist oder wenn besonders viel erneuerbare Energie im Netz zur Verfügung steht. Dies geschieht durch intelligente Zähler und automatisierte Steuerungen, die die Geräte zu optimalen Zeiten einschalten.

• Individuelle Anpassung des Energiebedarfs: Auch Smart Home-Systeme profitieren von der cleveren Technologie der Smart Grids. Ihre Heizung wird zum Beispiel so gesteuert, dass sie sich automatisch an den Energiebedarf und die -verfügbarkeit anpasst. An kalten Tagen läuft die Heizung dann, sobald genügend erneuerbare Energie verfügbar ist. So sind Ihre Räume immer rechtzeitig warm, bevor Sie nach Hause kommen.

Hinzu kommt, dass auch Elektrofahrzeuge zukünftig eine immer größere Rolle für unsere Mobilität spielen und dank der emissionsfreien Funktionsweise ihren Teil zur Energiewende beitragen. Umso besser, dass sie sich gut in das intelligente Stromnetz integrieren lassen und dieses sogar unterstützen. E-Roller, Elektroautos und andere mit Strom betriebene Fahrzeuge können wie bei der herkömmlichen Stromversorgung einfach über das Smart Grid aufgeladen werden und könnten perspektivisch sogar Strom ins Netz zurückspeisen. Das Prinzip dahinter ist denkbar einfach: Besteht im Stromnetz ein Überschuss an Energie, lässt sich diese in den Batterien der E-Autos speichern. Dafür muss das jeweilige Fahrzeug lediglich über eine Wallbox mit dem Smart Grid verbunden sein.

Eine der spannendsten Entwicklungen für Smart Grids ist die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI). Die KI kann die Datenanalyse verbessern und somit noch präzisere Vorhersagen über den Stromverbrauch und die Stromerzeugung treffen. Auch bei der Fehlererkennung wird die KI eine zentrale Rolle spielen: So lassen sich Probleme im Netz schneller identifizieren und beheben. Das verringert die Ausfallzeiten und spart somit Kosten.

Ein weiterer technologischer Fortschritt, der in der zukünftigen Entwicklung von Smart Grids eine Rolle spielen könnte, ist die Blockchain-Technologie. Diese würde es Verbraucher:innen ermöglichen, überschüssige Energie aus eigener Produktion direkt an andere Verbraucher:innen oder Unternehmen zu verkaufen – ohne die Notwendigkeit eines zentralen Energieversorgers. Auf diese Weise entstehen sogenannte Peer-to-Peer-Energiehandelssysteme, die die Energieversorgung weiter dezentralisieren und damit die Unabhängigkeit und Nachhaltigkeit erhöhen.

Im Zuge der Energiewende möchte sich Deutschland bestmöglich von Energiequellen wie Erdöl und -gas lösen und stattdessen auf umweltfreundliche Energieträger setzen. Um dieses Ziel zu erreichen, führt an Smart Grids beinahe kein Weg vorbei. Ihre intelligenten Technologien und Steuerungsmechanismen gewährleisten Stabilität für ein Netz, das seine Energie unter anderem aus unbeständigen Quellen wie Windkraft bezieht. In einigen Regionen Deutschlands wurden Smart Grids im Rahmen des Förderprogramms „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (kurz „SINTEG“) deshalb bereits umgesetzt. Dort kristallisierten sich in einer Art Reallabor Musterlösungen für die Installation intelligenter Stromnetze heraus, von denen auch künftige Umsetzungen profitieren werden.