Für ein Smart Grid, ein intelligentes Stromnetz muss die Hardware des Energiesystems, von der Stromerzeugung bis zum Verbraucher, miteinander kommunizieren und sich automatisiert aufeinander abstimmen. Es sind daher nicht nur smarte, also kommunikationsfähige, Energiezähler und Schaltanlagen, sondern auch parallele Datennetze sowie smarte Metering- und Steuerungssoftware erforderlich. Deshalb werden Smart Grids auch als das „Internet der Energie“ bezeichnet.
Intelligente Infrastruktur sorgt für mehr Datentransparenz
Bisher hatten Energieversorger oft keine Kontrolle darüber und wenig Daten dazu, wann und wo eine dezentrale Erzeugungsanlage wieviel Strom ins Netz einspeist. Umgekehrt wussten oft auch Kommunen nicht, ob eine bestimmte Ortsnetzstation noch Kapazität hat, um etwa öffentliche Ladestationen anzuschließen. Meist liefern die in den Ortsnetzstationen verbauten Transformatoren nur Schleppzeigerwerte. Die Mittelspannungs-Schaltfelder der Ortsnetzstationen haben außerdem Kurzschlussanzeiger, doch Spannungsmessungen gibt es meist nur im Umspannwerk. Diese Situation ermöglicht keinen differenzierten Einblick in elektrische Stromflüsse, weshalb Ein- und Rückspeisungen von dezentralen Erzeugern nicht erfasst werden. Auch über asymmetrische Belastungen an Trafos, verfügbare Kapazitäten oder die Energieverteilung über die verschiedenen Netzebenen erhalten Energieversorger auf diesem Weg keine Einsicht. Dafür müssen Transformatoren über digitale Intelligenz verfügen. Eine wenig invasive Lösung ist das Nachrüsten mit kommunikationsfähigen Messgeräten wie beispielsweise dem PowerTag Rope von Schneider Electric. Dieses kann unkompliziert an der Unterseite eines Niederspannungs-Leistungsschalters verbaut werden und ermöglicht eine detaillierte Energieerfassung der Genauigkeitsklasse 1 für Stromkreise bis 2000 A.
PowerTag Rope
Netzautomatisierung für alle
Wie bei der Energiewende allgemein muss aber auch in der Frage des Smart Grids nicht nur die Erzeuger- und Verteilebene, sondern auch die Nachfrageseite beachtet werden. Verbraucher, die zugleich Prosumer sind, unterstützen die Netzstabilität erheblich, wenn sie ihre lokale Stromerzeugung und ihren Verbrauch über ein Microgrid regeln. Als integriertes Energiesystem aus vernetzten Lasten und verteilten Energieressourcen bei einem Endverbraucher wird ein Microgrid innerhalb klar definierter elektrischer Grenzen als Einheit gesteuert. Es soll unter Einbeziehung externer Daten (Wettervorhersage, variable Energiepreise) maximale Effizienz erreichen, kann jedoch auch das Energieversorgungsunternehmen (EVU) bei der Erhaltung der Netzstabilität unterstützen. Statt Photovoltaik-Anlagen bei Überproduktion abzuregeln, lässt sich in einem Microgrid der erzeugte Strom für den späteren Bedarf speichern. Ist beispielsweise eine Power-to-Heat-Anlage mit acht 300l-Brauchwasserspeichern angebunden, die jeweils eine Heizspirale von 6kW haben, kann das EVU eine Leistung von bis zu 48kW stufenweise zuschalten, um überschüssige Energie aufzunehmen.
Die netzseitige Steuerung eines solchen Smart Grids erfolgt in der Regel über das Netzleitsystem der EVU oder weitreichendere Netzmanagementlösungen wie das EcoStruxure ADMS (Advanced Distribution Management System). Damit aber auch kleinere EVU ihre Datenkommunikation innerhalb der Energienetze verbessern sowie Ausfällen entgegenwirken können, hat Schneider Electric die skalierbare Lösung EcoStruxure Grid Operation entwickelt. Versorgungsunternehmen, die mit der Digitalisierung beginnen, können das SCADA-Modul oder das Ausfallmanagementsystem von Grid Operation als eigenständige Lösung unabhängig voneinander implementieren – vor Ort oder cloudbasiert.
EcoStruxure ADMS
Fazit
Ansteigende Anteile erneuerbarer Energien am Strommix und die fortschreitende Elektrifizierung stellen das Verteilnetz vor neue Herausforderungen. Statt einer linearen Versorgungstruktur, vom Kraftwerk durch die Stromleitungen zum Abnehmer, bilden sich bidirektionale Strukturen immer deutlicher aus. Digitale Komponenten, etwa kommunikationsfähige Messgeräte, erheben Daten, durch die das Netz transparent wird. Eine intelligente Auswertung dieser Daten fördert die Effizienz, da daraus wiederum die Steuerung der vernetzten Geräte abgeleitet wird. Diese Automatisierung der Netze sorgt für die optimale Nutzung der vorhandenen Energie und erhöht die Netzstabilität. So ist das Netz als Smart Grid für die nachhaltige, elektrifizierte Zukunft gewappnet.
