Smart Grid – So funktioniert das intelligente Stromnetz

Die Energiewende schreitet mit riesigen Schritten voran. Das merken Stromverbraucher aber nicht nur an der EEG-Umlage und der stetig wachsenden Anzahl an Windrädern, sondern auch an neuen Begriffen, die durch die Medienlandschaft geistern.

Smart Grid – So funktioniert das intelligente Stromnetz
Bild: chombosan/shutterstock.com
Immer öfter ist die Rede vom sogenannten Smart Grid, also einem intelligenten Stromnetz. Wie aber funktioniert das Smart Grid und welche Vorteile hat es?

Warum brauchen wir ein intelligentes Stromnetz?

Das deutsche Stromnetz ist eines der ältesten Netze der Welt und musste in den letzten 100 Jahren immer wieder an die technologische und wirtschaftliche Entwicklung angepasst werden. Mit einer einfachen Anpassung ist es im Hinblick auf das Stromnetz der Zukunft aber nicht getan, da sich die Umstände völlig verändert haben. Vereinfacht gesagt ist unser jetziges Stromnetz auf die maximale Belastung ausgelegt. Lange Zeit war dies auch die beste Lösung, denn die Energieerzeugung von Atom- und Kohlekraftwerken ist sehr gleichmäßig und dementsprechend leicht zu berechnen.

Im Zuge der Energiewende sind zu diesen vergleichsweise wenigen zentralen Kraftwerken immer mehr dezentrale Energieerzeuger hinzugekommen. Im Vergleich zur konstanten Energieerzeugung über klassische Brennstoffe haben Windkraft- und Solaranlagen aber ein entscheidendes Problem. Sie speisen nicht immer gleich viel Energie ins Netz ein, was die Netzstabilität gefährdet. Um die Netzstabilität zu gewährleisten, müssen Stromangebot und Stromnachfrage bereits jetzt aktiv gesteuert werden.

Der Wechsel auf erneuerbare Energien mit vielen kleinen Erzeugern macht diese Aufgabe so komplex, dass sie von Menschen kaum mehr zu erfüllen ist. Aufgabe des Smart Grids ist es also, Angebot und Nachfrage optimal zu steuern. Zudem ist es nicht in allen Regionen des Landes möglich, ausreichend Energie über Wind- oder Solarkraft zu erzeugen. Auch für den Transport des Stroms vom Ort der Erzeugung bis hin zu den Verbrauchern muss die Netzinfrastruktur umgebaut werden.

Wie funktioniert das Smart Grid?

Um diese gewaltigen Aufgaben zu bewältigen, braucht das intelligente Stromnetz nicht nur Stromleitungen, sondern auch Datenleitungen und Sensoren. Da somit die Datenkommunikation in beide Richtungen möglich ist, kann das Smart Grid durchaus als das „Internet für Strom“ bezeichnet werden. Kernelement des Smart Grids sind intelligente Stromzähler, die sogenannten Smart Meter, die jeden Haushalt an das Netz koppeln. Sie messen den Stromverbrauch beinahe in Echtzeit und Übertragen diese Daten an Stromerzeuger und Speichereinheiten.

Wird nachts beispielsweise viel Windstrom produziert, sorgen die Verbrauchssensoren dafür, dass dieser beispielsweise in Speicherkraftwerke umgeleitet wird. Steigt dann der Stromverbrauch am darauffolgenden Morgen stark an, kann der Strom aus den Speichern bedarfsgerecht eingespeist werden. Dank der umfangreichen Verbrauchsdaten von Unternehmen und Haushalten und den mit einbezogenen Wetterprognosen für den Betrieb von Wind- und Solarkraftanlagen, ist das Smart Grid jederzeit zur optimalen Echtzeitsteuerung in der Lage.

Ein Punkt, der am Smart Grid häufig kritisiert wird, ist die potentielle Sabotagegefahr durch Hacker. Physiker des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation geben jedoch Entwarnung. Geht es nach den Wissenschaftlern, muss das intelligente Netz gar nicht unbedingt über einen zentralen Knotenpunkt bei den Energieversorgern gesteuert werden. Eine Simulation zeigt, dass ein dezentrales intelligentes Netz große Vorteile in puncto Sicherheit hat und sich selbst effizient stabilisiert.

Welche Vorteile ergeben sich für Stromverbraucher?

Dank der automatisierten Stabilisierung der Netzspannung sinkt einerseits die Wahrscheinlichkeit für Stromausfälle, andererseits muss auch kein Strom mehr zum Nulltarif ins Ausland verklappt werden. Verbraucher spüren die Vorzüge des Smart Grids aber auch im Geldbeutel. Mit Hilfe der Smart Meter sowie der vernetzten Sensoren kann nämlich jederzeit auch das Verhältnis von Angebot und Nachfrage bestimmt werden, was wiederum flexible Stromtarife ermöglicht.

Weht der Wind also besonders stark, ist das Stromangebot sehr groß, sodass der Preis pro Kilowattstunde sinkt. Wer seine Waschmaschine oder den Wäschetrockner beispielsweise in einer stürmischen Nacht laufen lässt und nicht etwa zur Mittagszeit, kann viel Geld sparen. Konsequent weitergedacht endet das Smart Grid aber noch nicht am Stromzähler. Neue Haushaltsgeräte lassen sich in Zukunft über das Internet of Things ebenfalls an das Netz koppeln.

Bekommt das Smart Meter nun über die Netzsensoren die Information, dass ein Stromüberschuss existiert, aktiviert es automatisch angeschlossene Geräte. Möglich wäre zum Beispiel das automatisierte Aufladen einer Hausbatterie oder der Betrieb von Nachtspeicheröfen und Wärmepumpen zu einem günstigen Kilowattstundenpreis.

Im Gegenzug können Verbraucher bei knapper Versorgungslage aber auch kurzfristig abgeschaltet werden. Bei modernen Kühlgeräten, die über viele Stunden auch ohne Strom die Temperatur halten, wäre dies ohne weiteres möglich. Positiver Nebeneffekt: Durch den automatischen Ausgleich von Produktion und Verbrauch lassen sich Verbrauchsspitzen glätten, womit wiederum die Netzinfrastruktur geschont wird.

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