Smart Grid – so funktionieren intelligente Stromnetze

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.

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.

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.

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.

Verbrauchende mit Eigenheim können wie folgt vom Smart Grid profitieren:

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.

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.

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.