Smart Grid: Das intelligente Stromnetz für die erneuerbare Energiezukunft


Unter einem Smart Grid versteht man ein intelligentes Stromnetz, welches die verschiedenen Teile unseres Energiesystems über Kommunikationsschnittstellen miteinander verbindet. Doch wie ist ein Smart Grid genau aufgebaut? Und warum ist ein intelligentes Stromnetz unverzichtbar für eine erfolgreiche Energiewende? Hier finden Sie die Antworten.

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Was versteht man unter einem Smart Grid?

Mit dem Begriff Smart Grid werden in Deutschland intelligente Stromnetze bezeichnet. Ein Smart Grid kann Strom nämlich nicht nur transportieren, sondern auch erzeugen, speichern und verbrauchen. Die Steuerung und Optimierung eines solchen intelligenten Stromnetzes erfolgt dabei über eine zentrale Stelle und mithilfe digitaler Kommunikationstechnologien. Mit anderen Worten fließt durch ein Smart Grid nicht nur Strom, sondern auch eine ganze Menge Daten.

Smart Grids verbinden also – im Gegensatz zu herkömmlichen Stromnetzen – nicht nur Kraftwerke und Verbraucher miteinander, sondern binden auch Energiespeicher oder dezentrale Stromerzeuger wie private PV-Anlagen ins Energiemanagement mit ein. All das dient der Aufgabe, Schwankungen im Netz auszugleichen und alle Bereiche des Energiesystems rund um die Uhr optimal auszulasten.

Smart Grids – entscheidend für den Ausbau der erneuerbaren Energien

Smart Grids sind für eine erfolgreiche Energiewende unerlässlich. Denn: Unser altes Stromnetz ist nicht für den Betrieb mit erneuerbarer und dezentral erzeugter Energie ausgelegt. Die Menge an Strom aus Wind, Sonne oder auch Wasserkraft schwankt im Gegensatz zu Kohle- oder Atomstrom nämlich über den Tages- beziehungsweise Jahresverlauf stark. Mit anderen Worten bestimmt bei den erneuerbaren Energien das Angebot – und nicht wie bisher die Nachfrage – die verfügbare Menge an Strom im Netz.

Zudem wird im Zuge der Energie-, Verkehrs- und Wärmewende auch die Nachfrage nach erneuerbarem Strom steigen. Hier spielt vor allem die Elektrifizierung des Verkehrs und der Wärmeversorgung, etwa durch E-Autos und Wärmepumpen, eine entscheidende Rolle. Um das schwankende Angebot der erneuerbaren Energien gut zu managen, bedarf es nämlich flexibler und intelligenter Verbraucher, die über ein Smart Grid angesteuert werden können.

Welche Aufgaben übernimmt ein Smart Grid?

Das herkömmliche Stromnetz verbindet große Erzeuger wie Kohle-, Gas- oder andere Kraftwerke mit privaten Haushalten. Dabei speisen die Erzeuger Energie ins Netz, die Haushalte sowie die Industrie verbrauchen diese. In diesem Szenario wird die Netzstabilität über die erzeugte Strommenge der Kraftwerke geregelt. Wird gerade mehr Strom im Netz benötigt, fahren die Kraftwerke ihre Produktion entsprechend hoch; wird weniger Energie benötigt, ist das Gegenteil der Fall.

Wie bereits erwähnt, funktioniert diese Form des Energiemanagements im 21. Jahrhundert jedoch nicht mehr. Hauptgrund dafür ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, sowie der Trend hin zur dezentralen Stromerzeugung. Durch diese beiden Entwicklungen kommt es im deutschen Netz vermehrt zu sogenannten Lastspitzen (erzeugte Strommenge > Strombedarf) beziehungsweise Lasttälern (erzeugte Strommenge < Strombedarf). Diese beiden Extreme kann ein herkömmliches Stromnetz schlicht nicht managen, weshalb es intelligenter Stromnetze bedarf. Diese steuern den Stromverbrauch zentral und verteilen Überschüsse aus erneuerbaren Quellen um, etwa an Energiespeicher oder moderne Verbraucher wie das E-Auto oder die Wärmepumpe.

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Wie funktioniert ein Smart Grid?

Jetzt stellt sich natürlich die Frage: Wie genau steuert ein Smart Grid den Energieverbrauch, sodass das Stromnetz nicht überlastet wird? Die Antwort auf diese Frage hängt maßgeblich davon ab, ob im Netz gerade ein Energieüberschuss oder -mangel herrscht. Je nach Zustand reagiert das Smart Grid nämlich anders:

Szenario 1 – zu viel Strom im Netz

Die Sonne scheint, der Wind weht und entsprechend wird viel Wind- und Solarenergie ins Netz geleitet. Gleichzeitig sind aber nur wenige Menschen zu Hause und insgesamt wird wenig Energie verbraucht. Mit anderen Worten wird durch die erneuerbaren Energien gerade mehr Strom erzeugt, als in den Haushalten verbraucht werden kann – es kommt zu einem Energieüberschuss. 

In einem solchen Szenario leitet das Smart Grid die überschüssige Energie um, damit das Netz nicht überlastet und der erzeugte Strom nicht „verschwendet“ wird. Dazu wird die Energie wahlweise in zentralen Energiespeichern zwischengelagert oder über die sogenannte SG Ready-Schnittstelle an E-Autos oder Wärmepumpen abgegeben. Diese nutzen die überschüssige Energie dann, um beispielsweise die Autobatterie zu laden oder den Warmwasserspeicher der Heizung zu erhitzen.

Szenario 2 – zu wenig Strom im Netz

Im zweiten Szenario ist die Situation genau umgekehrt. Am späten Abend scheint die Sonne nicht mehr und auch beim Wind herrscht gerade Flaute. Zur selben Zeit kommen viele Personen von der Arbeit nach Hause und wollen ihr E-Auto laden oder ihre Wärmepumpe einschalten. In einer solchen Situation hinkt die Stromproduktion dem Energieverbrauch dann sozusagen hinterher, es kommt also zu einem Mangel an Energie.

Aber keine Sorge, auch eine solche Situation kann ein Smart Grid erkennen und entsprechend reagieren. Dazu wird die in Zeiten des Überschusses gespeicherte Energie einfach wieder aus den Energiespeichern entnommen und ins Netz geleitet. Ferner kann das Smart Grid abermals über die SG Ready-Schnittstelle Wärmepumpen oder E-Autos ansteuern und diesen mitteilen, sich kurzzeitig vom Netz zu trennen. 

Ohne Smart Meter kein Smart Grid

Smart Meter der Firma KOSTAL
Quelle: KOSTAL Industrie Elektrik GmbH

Damit ein Smart Grid funktioniert, müssen alle Teile des Energiesystems Daten weitergeben und innerhalb des Netzes miteinander kommunizieren können. Das Zauberwort an dieser Stelle lautet: Smart Meter. Die intelligenten Stromzähler gelten als das Herzstück eines jeden Smart Grids und sind verantwortlich für die Datenerfassung, -verarbeitung und -weitergabe. Smart Meter kommunizieren aber nicht nur Daten über den Zustand des Netzes, sondern geben auch Informationen zur Ladung des Elektroautos oder zu den digitalen Einstellungen der Heizungsanlage weiter.

Darüber hinaus übermitteln Smart Meter die erfassten Verbrauchsdaten – natürlich verschlüsselt – an die örtlichen Netzbetreiber. Diese nutzen die so bereitgestellten Daten, um den Stromverbrauch vor Ort genau zu analysieren und das Netz dementsprechend zu steuern und auszulasten. Derzeit gilt in Deutschland bereits eine Smart Meter-Pflicht für alle Haushalte, die mehr als 10.000 kWh Strom pro Jahr verbrauchen. Ab 2032 sollen Smart Meter dann an allen Messstellen verpflichtend zum Einsatz kommen.

Wie sieht die Zukunft des deutschen Stromnetzes aus?

Smart Grids sind in Deutschland, Österreich und der Schweiz bereits heute in verschiedenen Modellregionen im Einsatz – und das in den meisten Fällen auch sehr erfolgreich. Bis wir in Deutschland jedoch flächendeckend intelligente Stromnetze zur Verfügung haben, wird es noch einige Zeit dauern. Vorher müssten laut Bundesnetzagentur zunächst einmal die Hoch- und Höchstspannungsleitungen ausgebaut und Stromtrassen von Nord nach Süd generell erbaut werden. Zudem bedarf es auch einer besseren Anbindung der Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee ans deutsche Stromnetz.

Klar ist aber auch, dass ein Umstieg auf 100 % erneuerbare Energien ohne ein großflächiges Smart Grid nicht gelingen wird. Das Ziel einer “nahezu treibhausgasneutralen Energieversorgung” hat sich die Bundesregierung übrigens bis 2035 gesetzt. Bis dahin muss aber nicht nur beim Ausbau der erneuerbaren Energien, sondern auch beim Aufbau eines intelligenten Stromnetzes so einiges geschehen. Denn im Gegensatz zum Ausstieg aus fossilen Energien ist das deutschlandweite Smart Grid zurzeit noch mehr Theorie als Praxis.

Mit PV-Anlage und Wärmepumpe schon heute nachhaltig leben

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