Intelligente Stromnetze: Kein Kilowatt dem Zufall überlassen

Smart grid feature graphic (JPG) In den Stromnetzen der Zukunft steckt intelligente Informationstechnik. Alle beteiligten Komponenten können gleichzeitig ihren Status melden - etwa aktueller Verbrauch, lokale Stromausfälle oder verfügbare Strommengen aus diversen Quellen - und Rückmeldungen anderer Teile im Netz empfangen. So entsteht ein Gefüge, das selbstständig die Weichen für optimale Energieeffizienz stellen kann.

Energieeffizienz ist momentan auch ein aktuelles Top-Thema in Wirtschaft und Politik. Die Klimaschutzziele der Europäischen Union (EU) sehen unter anderem eine Steigerung der Energieeffizienz in den Mitgliedsstaaten um 20 % vor. Weiterhin sollen 20 % des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen stammen; in Deutschland laut dem Erneuerbare-Energien-Gesetz sogar 35 %.

Genau an diesem Punkt setzen intelligente Stromnetze an.

Den Anfang machte im Jahr 2000 das weltweit erste großflächige intelligente Stromnetz in Italien: Im Rahmen des Telegestore Projekts stattete der Energieanbieter Enel S.p.A. rund 27 Millionen Haushalte mit digitalen Stromzählern aus, deren Daten genauen Aufschluss zum Stromverbrauch liefern. Seit 2005 spart das Netz jährlich über 500 Millionen Euro an Stromkosten.

Wie funktionieren intelligente Stromnetze?

Herkömmliche Stromnetze sind nicht in der Lage mit der Leitzentrale des Stromnetzbetreibers zu kommunizieren - und bleiben daher auf Überwachung durch Techniker angewiesen.

In einem intelligenten Netz haben hingegen alle Komponenten, etwa Stromzähler in privaten Haushalten, Verteiler in Leitwerken und Einspeiseregler in Kraftwerken oder Energieparks, eine eigene IP-Adresse - eine unverwechselbare digitale Signatur - für den Datentransfer.

Über ihre IP-Adresse liefern neuartige Strommessgeräte, sogenannte Smart Meter, den Haushalten enorme Datenmengen in Echtzeit. Etwa: Wie viel Strom wird zu welcher Tageszeit verbraucht? Wann muss das Kraftwerk besonders viel Energie liefern? Und: Sind vor Ort alternative Energiequellen verfügbar - und wie viel Strom können sie generieren?

Der Telekom zufolge sparen digitale Strommesser in privaten Haushalten rund 15 % des Stromverbrauchs, indem sie „Stromfresser" identifizieren und die Stromzufuhr flexibel an den Bedarf anpassen.

Stromausfälle vermeiden bevor sie entstehen

Im täglichen Betrieb befinden sich Stromnetze in einer ständigen Gratwanderung zwischen Stromherstellung und Stromverbrauch. Gerät dieses prekäre Gleichgewicht aus den Fugen drohen Stromausfälle, die ganze Teile des Netzes lahmlegen können. Im Juli 2012 brach infolge einer Überlastung das Stromnetz in Nord- und Ostindien zusammen: der bislang größte Stromausfall der Geschichte betraf über 600 Millionen Menschen. 

Überlastungen vermeidet das intelligente System zur Erkennung von Stromschwingungen der Erfinder Petr Korba und Mats Larsson. Im Jahr 2011 zählten die beiden Wissenschaftler des Schweizer Unternehmens ABB Research Ltd. zu den Finalisten beim Europäischen Erfinderpreis.

Das System von Korba und Larsson beruht auf mit GPS georteten Messgeräten an verschiedenen Stellen des Stromnetzes, die gefährliche Schwingungen der Stromstärke über Satellit in die Leitzentrale des Stromnetzbetreibers melden, was Anpassungen der Kapazität innerhalb von Sekunden ermöglicht.

Erneuerbare Energien dynamisch integriert

Diese dynamische Anpassungsfähigkeit der Stromnetze ist vor allem wichtig für die Nutzung von erneuerbaren Energien, einem Wirtschaftssektor mit rund 378 800 Beschäftigen allein in Deutschland.

Denn im Gegensatz zu Atom- oder Kohlekraftwerken schwankt die gelieferte Strommenge von Windturbinen oder Solarzellen sehr stark je nach Witterung. „Das sind Energiequellen, die man nicht kontrollieren kann - dennoch muss die Stabilität des Netzes gewährleistet sein", sagt Petr Korba

An besonders sonnigen oder windreichen Tagen liefern Solar- und Windenergie heute bereits die Hälfte des Stroms in Deutschland. In diesem Fall können intelligente Stromnetze den Anteil konventioneller Energiequellen zurückfahren, oder bei Bewölkung und Windflaute wieder erhöhen.

Der Markt: Enormes Potenzial

Um die europäischen Energienetze zukunftsgerecht auszustatten, müssten in Europa bis 2020 rund 200 Milliarden Euro investiert werden, schätzt EU-Energiekommissar Günther Oettinger. Dabei werden der Internationalen Energieagentur zufolge weltweit zwischen 35 und 55 Milliarden Euro pro Jahr in intelligente Netze fließen.

Intelligente Stromnetze bilden eine Schnittstelle zwischen Elektrotechnik und Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT). Dem deutschen Marktführer für ICT, der Telekom, zufolge können Smart Meter in rund 40 Millionen angeschlossenen Haushalten ihres Kommunikationsnetzes installiert werden. Ein Pilotprojekt mit intelligenten Stromnetzen läuft zurzeit bereits in Friedrichshafen.

Zukunftsaussichten: Es bleibt „spannend"

In Zukunft könnte sogar der gesamte digitale Datenverkehr direkt durch die Stromleitungen fließen. Die Grundlage liefert das Datenübertragungsverfahren über Stromnetze des spanischen Unternehmens Diseño Sistemas Silicio SA.

Im Jahr 2010 nominiert für den Europäischen Erfinderpreis, befindet sich die patentgeschützte Technik mit Übertragungsraten bis 200 Megabyte pro Sekunde (Mbps) bereits in Europa, Japan und den USA im Einsatz.

Ein so ausgestattetes intelligentes Stromnetz wäre ein komplett in sich geschlossener Informationskreislauf - eine Idee, die Forscher bereits heute mit „Hochspannung" beschäftigt. 

Video: Petr Korba und Mats Larsson (ABB) erklären intelligente Stromnetze

Petr Korba und Mats Larsson erklären intelligente Stromnetze

Im Video-Interview erklären die beiden Erfinder die Herausforderungen großflächiger Stromnetze sowie die Vorteile ihres patentierten Überwachungssystems.

Zum Video 

Quick Navigation