Smart Grid – so funktionieren intelligente Stromnetze
Die Energiewende schreitet voran, die Stromproduktion aus erneuerbaren Ressourcen nimmt zu. Auch konventionell wird weiter produziert. Doch wie lässt sich das alles effektiv steuern und verteilen? Hier kommt das Smart Grid ins Spiel! Wir erklären dir, wie intelligent unser Stromnetz ist bzw. werden soll und was das für deinen Stromzähler zuhause bedeutet.
Das Wesentliche in Kürze
Entwicklung des Stromnetzes: Das Smart Grid revolutioniert das bisherige System der Energieversorgung – von der Einbahnstraße zwischen Kraftwerk und Verbrauchenden hin zum dynamischen Mehrwege-System, das allen Beteiligten die Abnahme und die Abgabe von Strom ermöglicht.
Essenzieller Datenfluss: Das Smart Grid basiert auf dem Austausch von Daten zwischen den Beteiligten: Stetige Informationen über die Erzeugung und den Verbrauch von Strom ermöglichen eine dynamische Steuerung. Es entsteht ein integriertes Daten- und Energienetz.
Voraussetzungen fürs Smart Grid: Damit das intelligente Stromnetz funktioniert, muss es durch smarte Messsysteme digitalisiert werden. Es müssen Speicher für überschüssige Strommengen vorhanden sein, und es sind virtuelle Kraftwerke nötig – kleinere Erzeugungsanlagen, die virtuell zusammengefasst werden, um eine stabilere und gleichmäßigere Energieproduktion zu gewährleisten.
Strom und Kosten sparen: Durch eine intelligente Steuerungszentrale wie unsere Heartbeat AI und dynamische Stromtarife wie Dynamic Pulse von 1KOMMA5° kannst du von der effizienten Stromverteilung im Smart Grid profitieren.
Was ist das Smart Grid?
Der Begriff „Smart Grid“ kommt aus dem Englischen und bedeutet per Definition „intelligentes Stromnetz“. Bei Smart Grids handelt es sich um moderne elektrische Versorgungssysteme, die die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch von Strom aus diversen Quellen effizient miteinander verknüpfen und Leistungsschwankungen automatisch ausgleichen.
Mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien ermöglicht ein Smart Grid den umfassenden Austausch von Daten zwischen den verschiedenen Akteuren im Stromnetz, darunter Energieerzeuger, Netzbetreiber und Verbrauchende. So lässt sich das Stromnetz dynamisch steuern, die Nachfrage passt sich dem Angebot an und die erneuerbaren Energien werden besser integriert als es zuvor möglich war.
Ein kurzes praktisches Beispiel für die intelligente Stromverteilung: Nehmen wir an, es ist Abend und alle kommen nach Hause und schalten ihre Lichter und Geräte ein. Zwar funktioniert die Stromversorgung auch heute in solchen Spitzenzeiten, doch das klassische Stromnetz stößt dabei zunehmend an seine Grenzen, vor allem bei wachsendem Energiebedarf durch Elektrofahrzeuge oder Wärmepumpen.
Das Smart Grid erkennt den Anstieg des Stromverbrauchs in Echtzeit und kann gezielt Maßnahmen ergreifen, um Überlastungen zu vermeiden. Es könnte beispielsweise die Ladezeiten für Elektrofahrzeuge anpassen, Strom aus Batteriespeichern zuschalten oder weniger wichtige Geräte in deinem Haushalt kurzzeitig drosseln – so bleibt die Netzstabilität auch bei stark schwankenden Lasten gewährleistet.
Das deutsche Stromnetz: von der Einbahnstraße zum Smart Grid
Stell dir die bisherige Energieversorgung vor wie eine Einbahnstraße: Viele große Kraftwerke erzeugen Strom und geben ihn über Verteilernetzwerke an Haushalte und Industrie ab. Ein einfaches und stabiles Einwege-System, das lediglich Stromzähler benötigt, um den Verbrauch und damit die Kosten für die Nutzenden zu bemessen. Aktuell arbeitet unser Stromnetz noch größtenteils auf diese Weise.
Nun aber nimmt die Energiewende Einfluss:
Immer mehr Menschen und Unternehmen nehmen nicht nur Strom ab, sondern produzieren ihn auch selbst. Durch Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach oder auf Freiflächen werden sie zu sogenannten „Prosumern“ – Producern und Consumern, zu Deutsch: Produzierende und Konsumierende gleichermaßen. Parallel dazu ergeben sich zwei tiefgreifende Änderungen in Bezug auf unser Stromnetz:
Die nachhaltigen Energiequellen produzieren nicht immer die gleichen, konstanten Mengen, wie es herkömmliche Kohle- oder Atomkraftwerke tun.
Die Stromerzeugung geschieht weniger zentral als es bisher der Fall war. Viele kleine Energieproduzenten liefern geringfügige Energiemengen, ob durch Solar- oder Windkraft, Biogas oder Geothermie.
Ab jetzt reicht die Einbahnstraße nicht mehr – weitere Spuren müssen her, über die nicht nur die Kraftwerke, sondern auch die Kleinproduzenten, Prosumer und Verbrauchenden Strom aus unterschiedlichen Quellen ins Netz einspeisen und daraus entnehmen können.
Großer Auftritt für Smart Grids: Ein intelligentes Stromnetz stimmt die Erzeugung, das Speichern und den Verbrauch von Strom unter allen Beteiligten optimal aufeinander ab. Es reguliert etwa die Stromerzeugung und sorgt dafür, dass Strom, der ins Netz eingespeist, aber im Moment nicht benötigt wird, in passenden Speichern landet. So ist eine stabile Energieversorgung gewährleistet. Wie das genau funktioniert? Lies weiter.
Daten, Daten, Daten: So funktionieren Smart Grids
Ein Smart Grid funktioniert durch die Vernetzung dezentraler Energieerzeugungseinheiten, wie z. B. Photovoltaik-Anlagen oder Windkraftwerke, mit dem bestehenden Stromnetz. Diese dezentralen Erzeuger können ihre überschüssige Energie ins Netz einspeisen, während das Smart Grid gleichzeitig den Energieverbrauch in Echtzeit überwacht und anpasst. So wird sichergestellt, dass die erzeugte Energie optimal genutzt wird und Leistungsschwankungen ausgeglichen werden können.
Strom darf beim Smart Grid nicht nur in eine Richtung fließen, so viel ist klar. Ein ebenso wichtiger Punkt ist die Datenübertragung. Informationen dazu, wie viel Strom von wem produziert und wo verbraucht wird, sind essenziell, um das Netz dynamisch zu steuern. Rund um die Uhr müssen entsprechende Daten erhoben und geteilt werden. Datenschutzbedenken? Alle Informationen werden verschlüsselt übertragen.
Und wer steuert das Smart Grid? Diese Aufgabe liegt bei den Netzbetreibern. Sie erhalten die Informationen zum Verbrauch und erfahren, wie viel Strom z. B. von Photovoltaik-Anlagen produziert wird. Die Grundlage dafür bieten intelligente Messsysteme, sogenannte Smart Meter. Dabei handelt es sich um Stromzähler, die auch Informationen zur Stromproduktion oder von Ladestationen für Elektroautos übertragen können. Sie sammeln zudem Daten zu Netzüberlastungen und Spannungsausfällen. Auf diese Art ermöglichen sie eine intelligente Steuerung von Photovoltaik-Anlagen und Stromspeichern in privaten Haushalten.
Die Speichereinheit auf dem Parkplatz
Speicher, in denen sich überschüssiger Strom „zwischenlagern“ lässt, leisten einen wichtigen Beitrag zum Smart Grid. Eine spannende Idee ist es, E-Autos als vorübergehende Speichereinheiten für Strom zu verwenden. Wenn sie auf Parkplätzen stehen, weil viele Menschen zuhause sind, z. B. nachts oder an Feiertagen, können sie temporär Energie speichern, die in dem Moment nirgendwo anders gebraucht wird. Autos, die an eine Ladeneinheit angeschlossen sind, dienen dann als intelligente Ergänzung zu anderen Speichereinheiten.
Warum ist das Smart Grid für die Energiewende so wichtig?
Wie bereits erwähnt, ist das herkömmliche Netz noch nicht für die Stromproduktion über viele kleine und sehr unterschiedliche Stationen ausgelegt. Da aber immer mehr Photovoltaik-Anlagen und andere erneuerbare Energiequellen in Betrieb genommen werden, ist ein Umdenken und Umrüsten des Stromnetzes hin zu einer effizienten, umfassenden Lösung nötig.
Das Wetter ist bei Photovoltaik und bei der Energiegewinnung aus Windkraft ein wichtiger Faktor: Die Stromerzeugung über die Erneuerbaren schwankt stark – je nachdem, wie kräftig die Sonne scheint oder wie windig es ist. Wollen wir künftig, wie von der Bundesregierung angestrebt, 80 Prozent unseres Stromverbrauchs über nachhaltige Ressourcen decken, müssen wir das Erzeugen, Speichern und Verbrauchen von Strom so intelligent und effizient wie möglich gestalten.
Die Bundesregierung hat 2017 das Förderprogramm SINTEG, Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende gestartet. In fünf Regionen wurde die smarte Steuerung der Energieproduktion und des Verbrauchs ausprobiert. Die Fördersumme lag bei über 200 Millionen Euro. Insgesamt haben 300 Unternehmen und Forschungseinrichtungen bis 2020 Konzepte zur Digitalisierung des Stromnetzes und der digitalen Steuerung erarbeitet: die Grundlage für das Smart Grid.
Nach Abschluss des Programms wurden die erarbeiteten Konzepte und Lösungen in verschiedenen Bereichen umgesetzt oder dienen als Grundlage für aktuelle Entwicklungen im deutschen Stromnetz.
Beispielsweise wurden im Rahmen von SINTEG intelligente Messsysteme (Smart Meter) erprobt, die schrittweise in Deutschland eingeführt werden. Zudem entstanden regionale Projekte zur flexiblen Steuerung von Energieflüssen, die auf den SINTEG-Erkenntnissen aufbauen. Die Ergebnisse des Programms wurden in fünf Syntheseberichten zusammengefasst, die als Blaupausen für weitere Digitalisierungsschritte im deutschen Stromnetz dienen.
Welche Vorteile hat ein intelligentes Stromnetz für dich?
Verbrauchende mit Eigenheim können wie folgt vom Smart Grid profitieren:
Niedrigere Energiekosten: Durch präzisere Abrechnungen und die Möglichkeit, den Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen, kannst du deinen Stromverbrauch optimieren und Kosten sparen. Nutze dafür als Eigenheimbesitzerin oder -besitzer ein intelligentes Steuerungssystem wie unsere Heartbeat AI, die sich um alles kümmert – schließlich willst du nicht selbst mitten in der Nacht deine Wallbox aktivieren, nur weil dann der Strom günstiger ist.
Flexible Tarife: Smart Grids ermöglichen dynamische Stromtarife wie unseren Dynamic Pulse, bei denen der Strompreis je nach Angebot und Nachfrage variiert. Du kannst energieintensive Geräte zu Zeiten mit niedrigeren Preisen betreiben, was zu weiteren Einsparungen führt.
Echtzeit-Überwachung: Intelligente Zähler (Smart Meter) liefern detaillierte Informationen über deinen aktuellen Stromverbrauch, sodass du Stromfresser erkennen und deinen Verbrauch gezielt reduzieren kannst.
Optimierung des Verbrauchs: Geräte im Haushalt werden so gesteuert, dass sie eher zu Zeiten mit hohem Angebot (z. B. bei viel Sonne oder Wind) betrieben werden, was die Netzauslastung optimiert.
Dezentrale Energieerzeugung: Besitzt du ein Eigenheim mit Photovoltaik-Anlage, kannst du überschüssigen Strom ins Netz einspeisen und aktiv am Strommarkt teilnehmen. Damit förderst du eine nachhaltige Energieversorgung und reduzierst CO₂-Emissionen.
Virtuelle Kraftwerke: Smart Grids ermöglichen es, mehrere kleine Energieerzeuger zu einem virtuellen Kraftwerk zusammenzuschließen, was die Stabilität und Effizienz der gesamten Energieversorgung erhöht.
Detaillierte Verbrauchsdaten: Du erhältst umfassende Einblicke in deinen Energieverbrauch und kannst gezielte Maßnahmen zur Einsparung ergreifen. Diese Transparenz fördert insgesamt ein bewussteres Verhalten bei Verbrauchenden.
Selbstheilende Netze: Smart Grids sind in der Lage, Störungen selbstständig zu erkennen und zu beheben, was die Zuverlässigkeit der Stromversorgung auch bei dir zuhause erhöht.
Früherkennung von Problemen: Sensoren im Netz ermöglichen eine frühzeitige Fehlererkennung, sodass Netzbetreiber proaktiv auf potenzielle Probleme reagieren können.
Integration neuer Technologien: Smart Grids können leicht neue Technologien wie Elektroautos oder Smart-Home-Systeme integrieren, was dir zusätzliche Möglichkeiten zur Optimierung deines Energieverbrauchs bietet.
Smart Grids tragen also dazu bei, den Energieverbrauch effizienter zu gestalten, Kosten zu senken und die Nutzung erneuerbarer Energien zu fördern, während sie gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Stromversorgung erhöhen.
Ohne Smart Meter keine Smart Grids
Eine der Voraussetzungen für ein intelligentes Stromnetz ist dessen Digitalisierung. Bis 2030 muss daher jeder Stromzähler entweder smart oder digital sein. Ein Smart Meter ist digital und internetfähig. Er übermittelt Verbrauchsdaten. Digitale Stromzähler verfügen nicht über diese Kommunikationseinheit, sondern lediglich über ein digitales Display.
Im Zusammenhang mit dem Smart Grid kommuniziert ein Smart Meter rund um die Uhr im 15-Minuten-Takt mit deinem Netzbetreiber. So kann überschüssiger Solarstrom eingespeist und die Netzbelastung besser gesteuert werden. Außerdem profitieren Haushalte mit Smart Meter von dynamischen Stromtarifen wie unserem Dynamic Pulse, sodass du zusätzlich Stromkosten einsparst. Für den Austausch des Zählers musst du in der Theorie nichts tun – die Installation eines Smart Meters oder digitalen Zählers liegt in der Verantwortung deines Netzbetreibers.
Der Ausbau der Smart Meter in Deutschland befindet sich jedoch noch in den Anfängen: Weniger als 1 % der Zähler sind aktuell smart – ein deutlicher Rückstand im Vergleich zu anderen europäischen Ländern. Zwar gibt es ambitionierte Ausbauziele der Bundesregierung, doch wer schon heute von den Vorteilen eines Smart Meters profitieren möchte, kann auf 1KOMMA5° setzen: Wir verbauen Smart Meter standardmäßig mit unseren Energiesystemen.
Wo steht Deutschland in puncto Smart Grid?
Deutschland befindet sich auf dem Weg zur Implementierung eines Smart Grids. Allerdings muss bei uns noch einiges passieren, bevor ein vollständig intelligentes Stromnetz Realität wird.
Der aktuelle Stand:
Wie schon erwähnt, sind intelligente Stromzähler (Smart Meter) zentrale Bausteine des Smart Grids. Da aber bisher weniger als 1 % der Zähler durch Smart Meter ersetzt wurden, gibt es Aufholbedarf im europäischen Vergleich.
Zudem sind umfangreiche Investitionen in die Netzinfrastruktur notwendig, um die Schwankungen in der Energieerzeugung auszugleichen und die Netzstabilität zu gewährleisten. Projekte wie der Ausbau von Hochspannungsleitungen sind in Planung, verzögern sich aber mitunter aufgrund von Genehmigungsverfahren und Protesten.
Die Kapazität von Batteriespeichern im deutschen Stromnetz ist im Jahr 2024 immerhin um fast ein Drittel gestiegen, was die Bemühungen zur Stabilisierung des Netzes und zur Integration erneuerbarer Energien widerspiegelt.
Die aktuellen Herausforderungen:
Entscheidend für die Weiterentwicklung des Smart Grids wäre ein einheitlicher und förderlicher regulatorischer Rahmen. Aktuell sind die Regelungen auf verschiedene Gesetze verteilt, was die Implementierung erschwert.
Die notwendige Vernetzung und Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten des Stromnetzes erfordert fortschrittliche Technologien und Standards, die noch weiterentwickelt werden müssen.
Deutschland hat also wichtige Schritte in Richtung eines Smart Grids unternommen, steht jedoch noch vor bedeutenden Aufgaben, bis die Vision eines vollständig integrierten und intelligenten Stromnetzes verwirklicht werden kann. 1KOMMA5° unterstützt die Transformation des deutschen Stromnetzes: mit Smart Metern, Heartbeat AI und Dynamic Pulse.