Was sind Smart Grids?


Definition von Smart Grids der Technologieplattform Smart Grids Austria:

Smart Grids sind Stromnetze, welche durch ein abgestimmtes Management mittels zeitnaher und bidirektionaler Kommunikation zwischen

  • Netzkomponenten
  • Erzeugern
  • Speichern
  • Verbrauchern

einen energie- und kosteneffizienten Systembetrieb für zukünftige Anforderungen unterstützen.


Smart Grids

 

Smart Grids: Intelligente Stromnetze

Smart Grids sind intelligente Energienetze, die alle Akteure des Energiesystems über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbinden.

Sie ermöglichen es, auf Basis der Kommunikationstechnologien, ein energie- und kosteneffizientes Gleichgewicht zwischen einer Vielzahl von Stromverbrauchern, Stromerzeugern und in Zukunft auch verstärkt Stromspeichern, herzustellen. Eine durchgängige Kommunikationsfähigkeit von Erzeugern bis hin zu Verbrauchern ist notwendig, um eine nachhaltige, wirtschaftliche und sichere Elektrizitätsversorgung zu gewährleisten.

Neue Konzepte für das Stromverteilernetz: Kommunikative Anbindungen existieren bereits beim Management von Stromübertragungsnetzen und bei der ferngelenkten Steuerung von großen Kraftwerken. Es gilt nun, diese Konzepte ins Stromverteilernetz einzubringen, um neue Elemente zu ergänzen und diese systematisch zu kombinieren. Ebenso notwendig sind intelligente, dezentrale Lösungen, die ohne zentrale Kommunikationsanbindung autonom flexibel reagieren können. Dabei existieren große technische, organisatorische, wirtschaftliche und nicht zuletzt rechtliche Herausforderungen.

Jenseits der technischen Herausforderungen gilt es, auch die Rollen bereits existierender und neu hinzukommender Marktteilnehmer zu definieren.

 

Was ist also notwendig am Weg zum intelligenten Netz – Smart Grid?

Aufgrund der komplexen Verbindung der Energieinfrastruktur mit den Informations- und Kommunikationstechnologien erfordert die Realisierung des Smart Grid einen koordinierten und strukturierten Weg. Die Herausforderungen liegen einerseits im technischen Bereich, in der Entwicklung neuer Technologien, andererseits sind aber auch notwendige Änderungen und Anpassungen rechtlicher und ökonomischer Rahmenbedingungen von zentraler Bedeutung.

Spielregeln für den Systembetrieb

Die zentrale Rolle für die Sicherstellung eines funktionierenden Netzbetriebes kommt den Netzbetreibern zu. Ihre Aufgabe ist es permanentes Monitoring des Netzes zu betreiben, um auf diese Weise den Netzzustand auch in der Zukunft beurteilen zu können. Die Netzbetreiber klassifizieren den Netzzustand in einem Ampelphasenmodell. In der grünen Phase kann marktdienliche Flexibilität genutzt werden, um neue Marktprozesse zu ermöglichen. In der gelben Phase können Anreize dazu führen, dass Flexibilität für netzdienliche Aufgaben genutzt wird. In der roten Phase befindet sich das Netz in einem Betriebszustand der es erforderlich macht, Maßnahmen zu ergreifen und damit die Flexibilität systemdienlich einzusetzen.

Das Intelligente Netz = I³ = Information + Interaktion + Integration „Information" - Informationen über den jeweils aktuellen Zustand des „Gesamtsystems Strom“ und Fähigkeit zur Kommunikation im gesamten Stromnetz.

Je genauer man die aktuelle Erzeugung, den Verbrauch, die Speicherbeladung oder die aktuellen Belastungen des Netzes kennt, desto besser und genauer lassen sich Steuerungs- und Reglungsmaßnahmen ergreifen. Das bedeutet, eine Grundvoraussetzung für Smart Grids sind geeignete „Sensoren", sowie die zur Übertragung erforderliche Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT).

„Interaktion" - Steuer- und Regelmöglichkeit der Netzinfrastruktur sowie der Stromerzeugungsanlagen und (in Zukunft wachsend) der Verbraucher und Speicher.

Einzelne Kraftwerke kann man relativ einfach regeln. Eine Vielzahl an dezentral agierenden Kleinkraftwerken, Verbrauchern und Speichern jedoch nicht mehr. Eine der Ideen ist nun, viele kleine Stromerzeuger zu gemeinsamen Kraftwerken (sogenannte „virtuelle Kraftwerke") zu bündeln oder diese gemeinsam mit Verbrauchern und Speichern (sogenannte „Virtual Power Systems") zu betreiben. In Verbindung mit neuen Regelungsmöglichkeiten im Bereich der Netzinfrastruktur müssen die individuellen und dezentralen Einflüsse technisch beherrschbar gemacht werden.

Auf der Verbraucherseite sind intelligente Stromzähler „Smart Meters" ein weiterer Bestandteil eines intelligenten Stromnetzes. Zusätzlich könnten in Zukunft weiterentwickelte Komponenten zur Messung von relevanten Parametern, Regelungen und Steuerung der untersten Netzebene eine höhere Relevanz erhalten.

Smart Home Lösungen und deren IKT Anbindung können Flexibilität nutzbar machen, die zu einer effizienteren Nutzung der Stromnetze und der Energie beitragen.



Die gegenwärtige Entwicklung der e-Mobilität zeigt, dass gleichzeitiges Laden mit hoher Leistung die größte Herausforderung für die Netze darstellt. Innovative Lösungsansätze können dazu beitragen, dass die Zeitdifferenz zwischen Energieerzeugung und Energiebedarf ausgeglichen wird.


In ähnlicher Weise kann zukünftig durch eine hohe Anzahl an Elektroautos, von denen statistisch immer ein bestimmter Anteil zum Aufladen am Stromnetz angeschlossen ist, die Speicherung der aus (volatilen) erneuerbaren Energieträgern erzeugten Energie in den Batterien der Autos ermöglicht werden.

„Integriert" - Neue Ansätze im Strommarkt

Im aktuellen Strommarkt agieren vor allem Akteure, die im Bereich der Stromproduktion hohe Volumina handeln können. Ein automatisierter Strommarkt soll in Zukunft neue Möglichkeiten und Geschäftsmodelle eröffnen, indem auch An- und Verkäufer von Energie mit geringerem Volumen aktive Marktteilnehmer werden können. Die hier angeführten Aspekte sind allerdings nicht nur eine große technische Herausforderung. Es wird oftmals eine Änderung und Anpassung rechtlicher und ökonomischer Rahmenbedingungen erforderlich sein. Die geeignete Gestaltung der Rahmenbedingungen und deren Akzeptanz durch alle Player sind daher von zentraler Bedeutung.

 

Vorteile von Smart Grids

Integration erneuerbarer Energien: Smart Grids ermöglichen es, den in Zukunft massiv steigenden Anteil an dezentraler Stromerzeugung in den aktuellen Verteilernetzbetrieb optimal zu integrieren, um so mehr nachhaltige elektrische Energie zur Deckung des Verbrauchs bereitzustellen.

Dynamische Steuerung: Smart Grids ermöglichen eine bessere Abstimmung zwischen volatiler Erzeugung und flexiblem Verbrauch. Zur Bewältigung der zukünftigen Herausforderungen liefern sie damit einen Beitrag zur effizienten Nutzung der Infrastruktur, der Netzstabilität und der Versorgungssicherheit.

Netzoptimierung: Smart Grids helfen die Optimierung des Gesamtsystems zu schaffen, - z. B. flexible Tarifmodelle, Virtuelle Kraftwerke, besseres Ausnützen bestehender oder zukünftig notwendiger Strominfrastruktur, Optimierung von Investitionen.

Kostenoptimierung: Auf lange Sicht ermöglichen Smart Grids die Mehrkosten für den Umbau des Energiesystems zu minimieren. Dies gelingt durch Netzautomatisierung und durch die Integration erneuerbarer Energien. So werden Kosten für Energieträger und CO2 Emissionen reduziert und die Energieeffizienz verbessert.

 

Marktpotenziale und Relevanz von Smart Grids

Smart Grids – Technologien und Konzepte werden für den Einsatz von intelligenten Stromnetzen in Zukunft national und international stark an wirtschaftlicher Bedeutung gewinnen. Die Europäische Technologieplattform (ETP) Smart Grids schätzt, dass bis 2030 Investitionen in der Höhe von € 390 Mrd. in Europa, davon € 90 Mrd. in Stromübertragung und € 300 Mrd. in die Stromverteilung für die Erneuerung und Erweiterung der elektrischen Stromversorgungsinfrastruktur hin zu intelligenten Stromnetzen notwendig werden.

Laut Bundesrats-Enquete 2014 waren in Summe in Österreich im Jahr 2012 bereits über 42.000 Menschen im Bereich „erneuerbare Energieformen“ beschäftigt. Der Umsatz der Unternehmen in diesem Sektor belief sich auf etwa € 14 Mrd.

Smart Grids Leitmarkt Österreich

Mit Smart Grids eröffnet sich somit international ein relevantes Technologiefeld, das aufgrund des bereits bestehenden Know-hows der österreichischen Energie- und Kommunikationsindustrie die Möglichkeit bietet, sich in diesem Markt frühzeitig zu etablieren und zu positionieren. Für die Forschung, Entwicklung und Realisierung der Smart Grids-Technologien bestehen in Österreich die besten Voraussetzungen:

Österreich verfügt über

  • eine Industrie mit hohem technologischen Know-how, anerkannten Produkten und Innovationen
  • aktive und einander ergänzende F&E Institutionen
  • innovative Stromnetzbetreiber und Energieversorger und
  • ein unterstützendes F&E Umfeld

Bei rechtzeitiger Entwicklung der Smart Grids Technologien in Österreich ergibt sich für diverse Hersteller der „Enabling Technologies" wie zum Beispiel Leistungselektronik, Kommunikationstechnik, elektrotechnische Komponenten wie etwa Schutztechnik, die Chance sich am stark wachsenden internationalen „Smart Grids Markt" zu positionieren und damit hochqualifizierte F&E und Produktionsarbeitsplätze zu schaffen.

 

Modellregionen in Österreich

Modellregionen

 


Animationsfilm: Forschungsprojekt Intelligentes Stromnetz – Power Snap Shot Analyse

Woher kommt denn eigentlich der ganze Strom? Wohnt der in der Steckdose? Mit diesen Fragen startet der Animationsfilm über die Power Snap Shot Analyse und zeigt die kommenden Herausforderungen der Energieversorgung auf.

Aufgrund der verstärkten Integration erneuerbarer Energien müssen die Stromnetze aktiver und dynamischer werden. Mittels Smart Meter werden zukünftig Kommunikation und Managementfunktion im Netzbetrieb realisiert. Die Power Snap Shot Analyse - Aufzeichnung und Verarbeitung von Smart Meter Daten - ist ein wichtiger Fortschritt in der Forschung und Entwicklung zur intelligenten Stromversorgung - dem Smart Grid - im aktiven Niederspannungsnetz.

Power Snap Shot Analyse im Praxistest: Im Rahmen der vom Klima- und Energiefonds geförderten Forschungsprojekte ISOLVES und Smart LV Grid, wurden Smart Metering Systeme mit erweiterten Funktionalitäten in Oberösterreich, Salzburg und Wien getestet.

Der Smart Meter übernimmt hier eine wesentliche Rolle, indem er Last- und Spannungszustände erfasst und diese an eine Steuerung in der Transformatorstation überträgt. Somit entsteht ein aktiver Verteilernetzbetrieb, der Steuerbefehle und -parameter an sämtliche Komponenten – wie etwa Wechselrichter – übertragen kann. Das Smart Metering System bildet hier eine Basistechnologie, die eine optimierte Netzsteuerung mit vielen dezentralen Erzeugern erst ermöglicht.

 

Animationsfilm zur Power Snap Shot Analyse: