Energie | Erneuerbare Energien Photovoltaik: Smart-Grids helfen bei der Energiewende

26. April 2013 | von

Smart Grids (intelligente Stromnetze) werden in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Steuerung unserer Stromnetze spielen, damit erneuerbare Energien effizient in das bestehende System integriert werden können.

Mithilfe von Smart Grids werden Stromerzeugung und Speicherung optimal auf den Verbrauch abgestimmt. Dabei sorgen sie für die Koordination und Kommunikation der Produktions- und Verbrauchszeiten im Stromnetz, was zur Vermeidung von Störungen beiträgt und zudem die Ausweitung von kleinen, dezentralen Stromerzeugungsanlagen wie Photovoltaik- und Windkraftanlagen ermöglicht.

Seit der Bundestag 2011 den endgültigen Atomausstieg beschlossen hat, stehen der Ausbau und die Eingliederung erneuerbarer Energien ganz oben auf der politischen Tagesordnung. Vor allem die staatlich geförderten Photovoltaikanlagen konnten in den letzten Jahren enorm ausgeweitet werden. 1.700 Megawatt Stromleistung wurden in Deutschland bereits im ersten Halbjahr 2011 eingerichtet. Für die Energieversorger bedeutet dies eine große Herausforderung, da die zahlreichen Kleinkraftwerke in die vorhandenen Strukturen integriert werden müssen.

Denn Strom ist nicht gleich Strom. Während große Kraftwerke Energie in das Hochspannungsnetz einspeisen, stellen die kleineren, dezentralen Erzeuger Strom für das Mittel- und Niederspannungsnetz zur Verfügung. Betrieb und Verwaltung der Großkraftwerke folgen dabei eingespielten Mustern, wohingegen Windkraft- und Photovoltaiktechnologien schon aufgrund ihrer Wetter- und Lichtabhängigkeit ein neues Netzmanagement erfordern.

Komplexer Netzausbau

Stromnetze

So können Erneuerbare Energien in einem intelligenten Netz zusammenarbeiten. Grafik: BSW Solar

So hat der Ausbau von Klein- und Kleinstanlagen die Koordinierung des Versorgungsnetzes sehr viel komplexer gemacht. Bisher wurden die großen Kraftwerke wie Laufwasser-, Atom- und Braunkohlekraftwerke zur Deckung der Grundlast eingesetzt. Andere Kraftwerke, wie Steinkohlekraftwerke, wurden zugeschaltet, wenn der Strombedarf beispielsweise zur Mittagszeit stark ansteigt. An den Hauptaufgaben der Stromerzeuger – die Herstellung von Stromverfügbarkeit und der Ausgleich von Spitzenlastzeiten – hat sich dabei grundsätzlich nichts verändert. Doch können Smart-Grids die heute komplexeren Strukturen, die vor allem den Bereich der Lastregelung, der Spannungshaltung und Netzstabilität betreffen, besser bewältigen.

Sie werden dabei eingesetzt, um sämtliche Akteure auf dem Strommarkt zu integrieren. Hiervon sind auch die Verbraucher sowie dezentrale kleine Energieerzeuger und Speicherorte betroffen. Denn schwankende Verbrauchsmengen der Privathaushalte müssen auf wetter- und tageszeitabhängige Produktionsmengen der erneuerbaren Anlagen abgestimmt werden. Kraft- und Speicherwerke werden zudem so geregelt, dass immer nur so viel Strom produziert wird, wie auch benötigt wird.

Schwankungen bei erneuerbaren Energien problematisch

Schwankungen bei der Erzeugung regenerativen Stroms können auch zu Engpässen oder Überlastungen führen, die ein intelligentes Stromnetz vermeiden muss. So produziert die Photovoltaik bei gutem Wetter bereits europaweit erhebliche Mittagsspitzen. Wird dieser Strom beispielsweise dem Mittelspannungsnetz zugeführt, so kann es zu einem Elektrizitätsüberfluss in diesem Netz kommen. Eine Beschädigung von Umspannwerken oder Komponenten könnte so zu einem Ausfall dieses Teilnetzes führen. Smart-Grids müssen Stromerzeugung, -Speicherung, -Verbrauch und Netzmanagement folglich so koordinieren, dass es weder zu Engpässen noch zu Überlastungen einzelner Netze kommt. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe von Regeltechniken, welche die Leistungen der Anlagen gegebenenfalls reduzieren. Vor dem Hintergrund des politischen Ziels, erneuerbare Quellen bei der Einspeisung in die Netze zu bevorzugen, sollten regenerative Anlagen in einem solchen Fall zuletzt herab geregelt werden.

Um dies zu verwirklichen, müssen alle Akteure auf dem Strommarkt sowie alle Komponenten des Netzes miteinander kommunizieren. Für den privaten Verbraucher kann dies beispielsweise den Einbau von intelligenten Stromzählern zur Folge haben, welche die Verbraucherdaten in 15-minütigen Abständen an die Anbieter übermittelt. Zudem können Energiesparkonzepte zur Planung des häuslichen Energieverbrauchs beitragen, indem eine Waschmaschine beispielsweise erst dann benutzt wird, wenn der Strom günstig verfügbar ist.

 


Smart-Grids würden auch kleinen Energieerzeugern mehr Eigenständigkeit bei der Wahl ihrer Energiequelle ermöglichen. So könnte eine private Photovoltaikanlage mit Hilfe von Batterie- und intelligenten Steuerungssystemen, die Nutzung von Atomstrom für den Eigenverbraucher weitgehend ausschließen. Batterie- und thermische Speicherung sind bereits heute realisierbare Optionen. Wer eine Wärmepumpe für die Warmwasserbereitstellung einsetzt, kann den Eigenverbrauchsanteil seiner Photovoltaikanlage dadurch erhöhen, dass die Wärmepumpe zu dem Zeitpunkt läuft, wenn viel Solarstrom produziert wird. Oder die Produktionsspitzen werden für den eigenen Kühlschrank genutzt, indem innerhalb eines Toleranzrahmens der Kühlschrank in Spitzenzeiten tiefere Temperaturen erzeugt und während geringer Eigenproduktion Strom spart.

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Über Sabine Wagner

Sabine Wagner ist Mitglied der immobilo-Redaktion

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