Smart Grids für Nachhaltigkeit

Seit Anfang des Jahres sind in Deutschland laut Energiewirtschaftsgesetz in Neubauten intelligente Zähler Pflicht, die den tatsächlichen Energieverbrauch und die tatsächliche Nutzungszeit anzeigen. Das Ziel sind Hightechmesssysteme (Smart Metering), die per Multi-Utility-Communication mit allen gängigen IT-Systemen zur Zählerfernauslesung kommunizieren und Zähler für Strom, Gas, Wasser und bei Bedarf auch Fernwärme integrieren können. Noch smarter wird die Erfassung – und damit auch die Möglichkeiten der Steuerung –, wenn die Messtechnik mit der Inhouse-Kommunikation (Smart Home) verbunden wird. Experten rechnen mit Energiesparpotenzialen zwischen 20 und 25 % – in gewerblichen Bauten können sie noch deutlich höher liegen.

Ehrgeizige Reduktionsziele verlangen innovative Lösungen – über die europäische Technologieanbieter verfügen. Sie werden daher besonders vom schnell wachsenden Smart-Grid-Markt profitieren: Die US-Investmentbank Morgan Stanley prognostiziert ein weltweites Volumen auf mehr als 100 Mrd. US$ bis 2030; das entspricht einer Zunahme von 8 % Jahr für Jahr. So wundert es nicht, dass von Schweden bis Griechenland Stromkunden und -versorger, Forscher und Technologieanbieter dabei sind, die Energienetze der Zukunft zu testen und zu realisieren.

Im Zentrum stehen Smart Grids: Stromnetze, in denen unter anderem dank neuer Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) Nachfrage und Angebot optimal aufeinander abgestimmt werden und die Stromerzeugung, -speicherung, den -transport und -verbrauch revolutionieren. Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft sind Smart Grids entscheidend. Das haben inzwischen alle wichtigen Akteure erkannt: Technologieunternehmen, politische Entscheider und Netzbetreiber. „Die herstellende Industrie ist dabei verdienstvollerweise in Vorleistung getreten“, sagt der Experte für Energiesysteme und Energiewirtschaft Edmund Handschin, der als Beiratsmitglied an der EU-Technologieplattform „Smart Grids“ mitwirkt.

Dass Smart Meter weit mehr können als den exakten Verbrauch aus der Ferne abzulesen, zeigt eine Reihe von öffentlich geförderten Projekten, beispielsweise am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE. Der ISE-Smart-Grid-Experte Christof Wittwer berichtet: „Ein inzwischen häufig eingesetztes Instrument sind Feedback-Instrumente, mit denen Konsumenten ihren Verbrauch überwachen können. Deren Spektrum reicht von der einfachen Verbrauchsabrechnung über Webportale und Mobiltelefone bis hin zu flexibel einsetzbaren Displays. Darüber hinaus machen sie eine effiziente Stromeinspeisung aus vielen kleinen und unstetig arbeitenden alternativen Energiequellen erst möglich.“ Wer Sonne und Wind mit der daraus resultierenden stark schwankenden Energieerzeugung integrieren will, braucht Smart Grids. Sollen die intelligenten Netze ihr vielseitiges Potenzial wirklich ausschöpfen, sind die Anforderungen an Kommunikationstechnologie und Netzmanagement allerdings hoch.

Wie das Zusammenspiel alter und neuer Energieakteure vor Ort funktionieren kann, demonstriert ein Konsortium um das Fraunhofer ISE in einem kleinen Verteilnetz in Bad Bellingen südlich von Freiburg. Über einen gewöhnlichen Internetzugang wird die gesamte Kommunikation für Abrechnung, Fernwartung und Erfassung der energierelevanten Geschäftsprozesse abgewickelt, ohne nennenswerte Kosten zu verursachen. Von den Forschern eigens entwickelte Gateways schaffen die Anbindung an die Smart Meter und ermöglichen die Kommunikation der Teilnehmer mithilfe von gesicherten Verbindungen über einen zentralen Proxy-Server. Beispielsweise in der Trafostation des Niederspannungsnetzes installiert, vernetzt er unter anderem die Messdienstleister, Stromhändler und Netzbetreiber miteinander.

Typisch für die Komplexität der Smart Grids ist die Einbindung alternativer Erzeuger wie Photovoltaik- und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen sowie, neben Unternehmen und Haushalten, weiterer Verbraucher wie Elektrofahrzeuge. Das vom Fraunhofer ISE entwickelte Energiemanagementsystem erlaubt die Steuerung der Akteure durch einen übergeordneten virtuellen Kraftwerksbetreiber oder durch variable Tarife. Auch für das Modellvorhaben Minimum EmissionRegion (MeRegio) stellt das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Fördermittel bereit. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung einer „Minimum Emission“-Zertifizierung für die Region Karlsruhe/Stuttgart. Sie ist eine von sechs Modellregionen, die bis 2012 marktfähige Lösungen für mehr Umweltverträglichkeit, Effizienz und Versorgungssicherheit in der Stromversorgung vorlegen sollen. ABB, Mitglied des MeRegio-Konsortiums (siehe Seite 22), entwickelt das Netzführungssystem und installiert die Automatisierungslösungen in vielen Ortsnetzstationen. „Ein ganz wichtiger Forschungsschwerpunkt ist Energieeffizienz“, sagt Torsten Stevens vom Fraunhofer Inhouse-Zentrum. Das optimale Nutzen der Netzinfrastruktur und das Einbinden der Smart-Meter-Daten in Betriebsführungskonzepte spielt eine wichtige Rolle.

Inzwischen arbeiten auch große Nationen wie die USA und China auf eine Energiewende hin: Durch einen 3,4 Mrd. US$ schweren Ökofonds will die US-Regierung Voraussetzungen für die flächendeckende Nutzung von Ökostrom schaffen. China investiert massiv in den Ausbau der Übertragungsnetze, vor allem in die Ultrahochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnik. wm