Die Staaten der Europäischen Union fördern den Ausbau erneuerbarer Energien, um die Abhängigkeit von importierten fossilen Primärenergieträgern zu reduzieren. In den kommenden Jahren werden immer mehr Gigawatt (GW) Wind- und Solarenergie in die Stromnetze eingespeist. Dafür sind die heutigen Stromnetze nicht ausgelegt. Aber auch eine Vielzahl von Kleinerzeugern in Haushalten und das Aufladen von Millionen Elektrofahrzeugen stellen vollkommen neue Herausforderungen an die Stromnetze.

Diese Herausforderungen sind mittels sogenannter Smart Grids lösbar. Das Problem liegt doch darin, dass die Stromkunden jederzeit den Strom beziehen, den sie im Moment gerade benötigen. Dadurch ergibt sich eine permanente Änderung des Verbrauchs mit einer Spitze in Deutschland von ca. 80 GW am Tage und einem Minimalbedarf von nur ca. 30 GW in der Nacht. In jedem Moment muss der Strom jedoch verbrauchsdeckend im Kraftwerk erzeugt werden – Wind und Solarenergie speisen dagegen je nach Aufkommen ein – sie lassen sich nicht steuern wie ein herkömmliches Kraftwerk. Dementsprechend wird ein Smart Grid wie folgt definiert:

Ein Smart Grid ist ein elektrisches Netz, das die Aktionen aller angeschlossenen Nutzer – Erzeuger, Verbraucher, Speicher – koordiniert, um eine effiziente, wirtschaftliche und zuverlässige Stromversorgung zu ermöglichen.

Smart Grids bedürfen einer weitgehenden Vernetzung ihrer Nutzer über moderne Informations- und Kommunikationstechnologien zur intelligenten Koordinierung. In der Verteilungsnetzebene kann mittels Vernetzung erreicht werden, dass

• Den Stromkunden Tarife angeboten werden, die dem Energiepreis folgen, der zur Lastspitze besonders hoch ist und bei geringem Verbrauch entsprechend niedrig. Der Stromkunde kann seinen Verbrauch und die zugehörigen Kosten einsehen und zeitunkritische Verbräuche von Waschmaschine, Trockner oder Klimaanlage in Zeiten mit geringem Tarif verlegen, gegebenenfalls unterstützt durch Gebäudeautomatisierung. Damit wird der Kunde Teilnehmer am Energiemarkt, kann Kosten sparen und mithelfen die Lastspitze zu senken.
• Eine Vielzahl von Kleinerzeugern, Speichern und regelbaren Verbrauchern so koordiniert werden, dass in Summe ihre Erzeugung einem Fahrplan zur Verbrauchsdeckung folgt, Fluktuationen der Windeinspeisung ausgeglichen werden und insgesamt ein virtuelles Kraftwerk entsteht – mit Eigenschaften wie traditionelle Kraftwerke sie haben.
• Mittels Automatisierung und Fernwirken die Ortsnetzstationen bei Störungen mit Versorgungsausfällen nicht mehr angefahren werden müssen, um diesen zu beseitigen. Damit reduzieren sich die Zeiten von Versorgungsunterbrechungen erheblich.

Smart Grids können dazu beitragen, die künftigen Anforderungen an die Stromnetze zu bewältigen, und bieten Stromkunden, Stromerzeugern, Netzbetreibern und Lieferanten jeweils spezifische, im Projekt zu untersuchende Vorteile.

1. Smarte Zählertechnik – der Stromkunde nimmt am Markt teil

Mehrere hundert Stromkunden werden mit intelligenten Zählern ausgestattet. Derartige „Smart Meter“ verfügen über eine Reihe innovativer Eigenschaften:

• Fernablesung der Zähler
• Empfang und Darstellung von Preissignalen (variable Tarife)
• Darstellung von Verbrauch und Kosten
• Störungsmeldung und -management
• Manipulations-, Energiediebstahlserkennung
• Intervalldatenerfassung (Lastverlaufsmessung)
• Überwachung und Steuerung von dezentralen Erzeugern und Lasten

Smart Meter bieten darüber hinaus Schnittstellen zur Verbrauchsvisualisierung und zu weiteren Funktionen der Gebäudeautomatisierung und des Energiemanagements, z.B. „Smart Home“  im Haushaltsbereich. Den Stromkunden werden erstmals variable Tarife angeboten. Sowohl diese und die Tarifprognose für die nächsten Stunden als auch der aktuelle Verbrauch und die daraus resultierenden Kosten werden visualisiert. Der Stromkunde erhält so die Möglichkeit, seinen Verbrauch entsprechend den Tarifen zu steuern. Im Projekt werden dadurch Erfahrungen für eine generelle Ausbreitung der modernen Zählertechnik gesammelt. Diese wird von Landis + Gyr Österreich geliefert.

2. Smartes Energiemanagement – Kleinerzeuger im Verbund

In die Verteilungsebene speisen viele Kleinerzeuger ein. Diese werden nun derart überwacht und koordiniert, dass zu jedem Zeitpunkt eine planbare und dem Bedarf bzw. dem Marktanforderungen angepasste Erzeugerleistung vorhanden ist. Das bedeutet auch den Ausgleich von Vorhersageabweichungen fluktuierender Wind- oder Photovoltaik- (PV) Stromerzeugung durch ihre Aggregation mit steuerbaren Erzeugern, Lasten und Speichern im Rahmen eines virtuellen Kraftwerks (VKW). Im Versorgungsgebiet der HSE wird diese Aufgabe  gut gelingen, da neben den Wind- und PV- Anlagen auch Wasserkraftwerke, Heizkraftwerke und  Industrieanlagen verfügbar sind, die sich an der Erzeugungs- und Laststeuerung beteiligen. Das zentral geführte VKW nimmt an den Märkten für Energie und Regelleistung teil und optimiert die Einsätze und Leistungseinspeisungen. Das virtuelle Kraftwerk kann durch die gebündelte Marktteilnahme wirtschaftliche Vorteile ermöglichen, die im Projekt gegenüber der Einzelvermarktung untersucht werden. Zur Unterstützung des VKW werden zudem innovative Speichertechniken eingeführt. Erfahrungen zum virtuellen Kraftwerk bringt die EUS GmbH Dortmund in das Projekt ein, die zur optimalen Marktteilnahme das Energieforschungszentrum der Niederlande.

3. Smarte Verteilungsnetze – Höhere  Versorgungszuverlässigkeit

Versorgungsunterbrechungen treten heute sehr selten auf, doch wenn sie vorkommen, dann haben sie zu 96 % ihre Ursache in den Mittelspannungs- (MS) / Niederspannungs- (NS) Verteilungsnetzen. Tritt eine Störung auf, so müssen nacheinander die Ortsnetzstationen (oft als Trafohäuschen bekannt) zur Ortung der Störung angefahren werden und erst danach kann die Versorgung durch Umschaltungen wieder fortgesetzt werden. Im Rahmen des Projektes W2E werden in einem Netzbereich der HSE AG diese Abläufe automatisiert. Die entsprechende Fernwirktechnik kommt von der polnischen Firma iPLS. Damit wird es nicht mehr Stunden, sondern nur noch Minuten dauern, bis eine Störung beseitigt ist. Die sowieso bereits seltenen Unterbrechungszeiten werden so nochmals verkürzt.

11 europäische Firmenkooperieren im EU-Förderprojekt Web2Energy

Die Staaten der  Europäischen Union fördern den Ausbau erneuerbarer Energien, um die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu reduzieren und das Klima zu schützen. Doch dafür sind die heutigen Stromnetze nicht ausgelegt. Die Erzeuger regenerativer Energien aus Wind- oder Sonnenenergie speisen je nach Wetterlage du Aufkommen stark schwankend in das Stromnetz ein. Auch Stromangebot und Stromverbrauch fallen oftmals auseinander. Ein intelligentes Stromnetz (Smart Grid) muss zukünftig das schwankende Stromangebot mittels moderner Informations- und Kommunikationstechnologie mit dem Stromverbrauch in Einklang bringen.

Ein international besetztes Konsortium unter der Leitung der HSE wird in einem auf drei Jahre angelegten EU-Forschungsprojekt hierfür die Grundlage schaffen.