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Energieversorgung Smarter Grid – das Stromnetz wird intelligent

Autor / Redakteur: Ashiss Kumar Dash* / Sebastian Human

Die digitale Transformation verändert vieles – so auch die Energieversorgung. Um der zunehmenden Nachfrage zuverlässig begegnen zu können, muss auch das zentralisierte Energiemodell smart werden. Ein Vorschlag, wie das aussehen kann.

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Um den wachsenden Energiebedarf der digitalen Transformation zu decken, muss sich das zentralisierte Energiemodell, wie wir es bisher kennen, weiterentwickeln.
Um den wachsenden Energiebedarf der digitalen Transformation zu decken, muss sich das zentralisierte Energiemodell, wie wir es bisher kennen, weiterentwickeln.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Im Juni 2019 stand Deutschland mehrmals kurz vor schweren Stromausfällen. Das Land benötigte mehr Strom als es produzieren konnte. Die Netzbetreiber mussten an der Strombörse und im Ausland zusätzliche Stromlieferungen organisieren und waren auf Angebote von Unternehmen angewiesen, ihren Stromverbrauch gegen Bezahlung einzustellen. Im Zuge der Energiewende und des Kohle- und Atomausstiegs könnten die Ressourcen immer knapper werden.

Im Hinblick auf diese Veränderungen ist die Modernisierung der Energieinfrastruktur unerlässlich. Da große Teile der Bevölkerung in den nächsten Jahren auf Elektrofahrzeuge umsteigen werden, wird der Strombedarf weiter steigen und sich das Stromnetz erheblich verändern.

Überall auf der Welt basieren die traditionellen Stromnetze auf zentralisierter Energie, wobei riesige Kraftwerke, unter Verwendung hoher Spannungen, den Strom an Kunden in großen Regionen liefern. Das wird sich jedoch ändern, wenn wir uns in Richtung Distributed Energy Resources (DER) entwickeln. Es gibt Windmühlen, Solarstromanlagen und Batterieeinheiten zur Speicherung der erzeugten Energie. Die Einführung erneuerbarer Energien geht in Deutschland rasch voran. Laut der AG Energiebilanzen stammten 40 Prozent der gesamten Energie in 2019 aus erneuerbaren Energien. Parallel dazu gibt das Statistische Bundesamt an, dass die Stromerzeugung aus Kohlekraftwerken im Vergleich zum Vorjahr im vierten Quartal 2019 um 23,2 Prozent zurückgegangen ist. Auch die Kosten pro Einheit für die Erzeugung und Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien gehen stark zurück.

Das wirft bei manchem Bedenken hinsichtlich der Stromversorgung auf. Das Versorgungsnetz ist viel unbeständiger geworden, da es sich auf erneuerbare Energien wie Sonnenlicht, Wasser und Wind stützt. Diese stehen aber nur dann zur Verfügung, wenn die Natur sie uns auch zur Verfügung stellen will. Gleichzeitig steigt mit der wachsenden Zahl von Elektrofahrzeugen, Wärmepumpen und anderen Anwendungen die Nachfrage nach Energie deutlich.

Distribution System Operator-Modell als Lösung

Um diesen Wandel in der Stromnachfrage zu bewältigen, muss sich das zentralisierte Energiemodell zu dem weiterentwickeln, was man als Distribution System Operator-Modell (DSO) bezeichnet. Die Energy Networks Association (ENA) beschreibt ein DSO als „ein aktives Verteilungssystem, das Netze, Nachfrage, Erzeugung und andere flexible Resourcen umfasst, sicher betreibt und entwickelt.“ Es erleichtert einen offenen und zugänglichen Markt, der es den Kunden ermöglicht, Prosumers – Produzent sowie Konsument – zu sein. Man könnte es als das Strommodell 2.0 bezeichnen, das eine komplette Neuausrichtung des Energienetzes erfordert und Veränderungen mit sich bringt - sowohl für Betreiber und Lieferanten als auch für Verbraucher.

Die Bewältigung dieses Verhältnisses kann ein sehr komplexer Prozess sein. Man muss neue Wege finden, um verschiedene Systeme zu überwachen und abertausende von Instanzen zu steuern. Wie ist das zu schaffen? Mehrere Faktoren gilt es zu berücksichtigen.

Genaue Vorhersagen spielen eine wichtige Rolle, da das Stromangebot unregelmäßig sein wird. Ein Ausblick der zu erwarteten Nachfrage in den nächsten Tagen/Wochen kann den Stromerzeugern helfen, effektiver zu planen. So können sie beispielsweise bei Bedarf zusätzlichen Strom von den Erzeugern beziehen.

Eine gründliche Analyse der Verbrauchsmuster hilft, den Verbrauch besser zu steuern. Wenn eine Fabrik beispielsweise an einem bestimmten Tag mit weniger Strom auskommen könnte, könnte sie dazu veranlasst werden, genau das zu tun. Die Komplexität des Modells muss auf der Mikroebene verwaltet werden. Zur besseren Steuerung der Nachfrage werden Strategien zur differenzierten Preisgestaltung eingesetzt, beispielsweise kann das Aufladen von Elektrofahrzeugen kostengünstiger gestaltet werden, wenn es nachts, anstatt in den Hochzeiten, erfolgt. Eine größtmögliche Reduzierung der Stromlast unterstützt dabei, diese Komplexität zu bewältigen.

Was die Energiebranche tun muss

Hier sind einige Möglichkeiten, wie sich Energieerzeuger und -verteiler auf diesen Wandel vorbereiten können:

Das Netz verstehen
Wenn das Netz angemessen gesteuert werden soll, muss man es umfassend verstehen. Hierzu zählen zum Beispiel die Konnektivität des Netzwerks oder das vollständige Potenzial der einzelnen Komponenten. Häufig gibt es Änderungen auf lokaler Ebene, die nicht in der Datenbank der Organisation erfasst werden. Unternehmen müssen sehr sorgfältig nach strukturierten Wegen suchen, um diese Änderungen aufzuzeichnen.

Integration
Da die Informationen aus mehreren Energiequellen stammen, ist es äußerst wichtig sicherzustellen, dass alle Systeme integriert sind und miteinander kommunizieren können.

Sicherheit
Da zunehmend SCADA-basierte Systeme ins Spiel kommen, wird es wichtiger denn je, ein sicheres System zu haben. Das Netzwerk ist anfälliger für Angriffe, da die Daten aus mehreren externen Quellen stammen.

Abgesehen davon müssen die Vorschriften geändert werden, hin zu neuen flexiblen Modellen für Verbreitung und Verbrauch. Die Versorgungsunternehmen können diese Modelle nur dann umsetzen und nutzen, wenn die richtigen Vorschriften vorhanden sind. Ein angemessenes regulatorisches Umfeld wird nicht nur die betriebliche Effizienz steigern, sondern auch einen Impuls für weitere Innovationen geben.

Um dieses Ausmaß an Veränderungen zu ermöglichen, ist die Sensibilisierung und das Interesse der Verbraucher unerlässlich. Daher muss die Energieindustrie die Öffentlichkeit über die neuen Verhältnisse und Auswirkungen aufklären.

Natürlich werden sich all diese Konzepte auch weiter entwickeln. Wie gut diese Maßnahmen sind, wird sich zeigen, sobald sich die Veränderungen durchgesetzt haben. Eines ist jedoch sicher – es muss sich etwas ändern.

* Ashiss Kumar Dash arbeitet als Global Head of Services, Utilities, Resources und Energy industries bei Infosys.

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