Was sind Smart Grids?

Definition 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 sind intelligente Energienetze, in denen alle Akteure des Energiesystems über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden interagieren.

 

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

 

Die entwickelten Smart Grids Lösungen haben folgende Zielsetzungen:

  • Bestmögliche Integration erneuerbarer Energieträger und dezentraler Erzeugung
  • Steigerung der Effizienz im Energiesystem und Optimierung der Infrastruktur
  • Flexibilisierung der Nachfrage
  • Integration neuer Technologien – PV, Speicher, Elektromobilität, Wärmepumpen

 

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. Zusätzlich ist auch der Einsatz von intelligenten, dezentrale Lösungen, die ohne zentrale Kommunikationsanbindung autonom flexibel reagieren können notwendig. Dabei existieren große technische, organisatorische, wirtschaftliche und nicht zuletzt rechtliche Herausforderungen.

Durch den Wandel der Energienetze und der-erzeugung  gilt es auch die Rollen bereits existierender und neu hinzukommender Marktteilnehmer teilweise neu zu definieren.

 

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, umso 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.

 

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

Der Smart-Grid-Ansatz zielt auf einen zunehmend dezentralen, regionalen Lastausgleich ab. Dies erfolgt mittels kommunikativer Vernetzung einzelner Komponenten, wie dezentraler Erzeugungsanlagen, dezentraler Speicher, flexibler Verbraucher und intelligenter Gebäude. 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.

 

Das Intelligente Netz = I³ = Information + Interaktion + Integration

„Information" - Informationen über den jeweils aktuellen Zustand des „Gesamtsystems“ 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 In Verbindung mit neuen Regelungsmöglichkeiten im Bereich der Netzinfrastruktur müssen die individuellen und dezentralen Einflüsse technisch beherrschbar gemacht 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 Änderung und Anpassung rechtlicher und ökonomischer Rahmenbedingungen wird teilweise erforderlich sein. Die geeignete Gestaltung der Rahmenbedingungen und deren Akzeptanz durch alle Player sind daher von zentraler Bedeutung.

 

Spielregeln für den Systembetrieb

Die zentrale Rolle für die Sicherstellung eines funktionierenden Netzbetriebes kommt den Netzbetreibern zu. Ihre Aufgabe ist das permanente Monitoring des Netzes, um den Netzzustand jederzeit beurteilen zu können. Die Netzbetreiber klassifizieren den Netzzustand in einem Ampelphasenmodell: In der grünen Phase kann 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 Maßnahmen erforderlich macht die Flexibilität systemdienlich einzusetzen.

Smart Grids als Voraussetzung für die Umsetzung der Energiewende

Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamtenergieaufbringung werden in weiterer Folge die Planung und der Betrieb des Stromnetzes herausfordernder. Der Smart-Grid-Ansatz bietet dafür einen Ausgleich mittels kommunikativer Vernetzung einzelner Komponenten, wie dezentraler Erzeugungsanlagen, dezentraler Speicher, flexibler Verbraucher und intelligenter Gebäude. Die Energiewende bedeutet aber den möglichst vollständigen Umstieg der Energieversorgung von fossilen auf erneuerbare Energiequellen und umfasst die Sektoren Strom, Wärme, Mobilität und Industrie. Elemente der angestrebten Wende sind der Ausbau der erneuerbaren Erzeugungsanlagen, Energiespeicher, die Steigerung der Energieeffizienz und Energieeinsparmaßnahmen.

 

Sektorkopplung

Die gemeinsame Betrachtung und Optimierung der Sektoren Elektrizität, Wärme, Mobilität und industrielle Prozesse bietet die Chance, durch Nutzung von Synergien im Energieeinsatz oder neuen Lösungsansätzen, wie z.B. die Verwendung synthetischer Kraftstoffe, fossile Energie sinnvoll zu ersetzen. Die so gekoppelten Energiesysteme werden als ‚Hybridnetze‘ bezeichnet. Neben den technologischen Entwicklungen gibt es noch weitere Herausforderungen für die Kopplung der Sektoren:

  • Die vermehrte Nutzung von Strom muss tatsächlich CO2-Emissionen reduzieren.
  • Die notwendigen Infrastrukturen müssen teilweise noch errichtet und weiterentwickelt werden.
  • Die gesetzlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen, Umlagen und Abgaben müssen angepasst werden.
  • Die gesellschaftliche Akzeptanz neuer Lösungswege ist Voraussetzung für das Gelingen.

 
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.
 

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: