Das intelligente Stromnetz unter der Lupe


von Karin Duft, Microtronics Der Anstieg des Energiebedarfs verändert langfristig die Strominfrastruktur. Das verstärkte Energiebewusstsein sowie die zunehmende Stromgewinnung aus erneuerbaren Energiequellen, verlangen nach neuen Lösungen. Smart Grids liefern hier intelligente Antworten auf die Frage, wie zukünftig eine nachhaltige, wirtschaftliche und sichere Stromversorgung gewährleistet werden kann. Microtronics_SolaranlageWas ist ein Smart Grid? Die nationale Technologieplattform Smart Grids Austria definiert Smart Grids als „Stromnetze, welche durch ein abgestimmtes Management mittels zeitnaher und bidirektionaler Kommunikation zwischen Netzkomponenten, Erzeugern, Speichern und Verbrauchern einen energie- und kosteneffizienten Systembetrieb für zukünftige Anforderungen unterstützen.“ Smart Grids sorgen also dafür, dass die verschiedenen Komponenten des Stromnetzes wie etwa Trafostationen gegenseitig Informationen austauschen und die Versorgung somit effizienter wird. Derzeit ist die Strominfrastruktur in vielen europäischen Ländern noch stark zentralisiert, die Stromerzeugung erfolgt also meist in großen Kraftwerken. Erneuerbare Energiequellen wie Sonnen- oder Windkraft sind aber immer stärker auf dem Vormarsch. Dabei spielen nicht nur beispielsweise große Windfarmen eine Rolle, sondern auch private Haushalte, die durch entsprechende Lösungen wie etwa Photovoltaikanlagen selber zu Stromproduzenten (sog. Prosumer) werden. Somit entstehen viele verteilte also dezentrale Energiequellen mit schwankendem Energieangebot. Die Balance zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch muss aber trotz der Schwankungen gehalten werden, um Ausfälle zu vermeiden und eine zuverlässige sowie kostengünstige Stromversorgung zu gewährleisten. Smart Grids können diese Aufgaben übernehmen. Microtronics_EmoDer Weg zum intelligenten Stromnetz Die Realisierung von Smart Grids geht auf Grund ihrer Komplexität auch mit technischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Herausforderungen sowie Sicherheitsfragen einher. Die technische Basis bilden eine leistungsstarke IKT-Infrastruktur sowie damit kompatible Sensoren. An diesem Punkt kommt die Machine-to-Machine-Technologie ins Spiel. Im Falle der Smart Grids kommunizieren dezentrale Sensoren und Maschinen via GPRS miteinander. Diese sind oft an schwer zugänglichen Stellen platziert und stehen häufig nicht unter direkter menschlicher Kontrolle. Smart Grids müssen aber nicht nur in Sachen Ausfallsicherheit hohe Standards erfüllen. Lückenlose IT-Sicherheit ist für Smart Grids ebenso unumgänglich. Da die IKT-Infrastruktur die Basis für die Realisierung von Smart Grids darstellt, gilt es sich ähnlich wie im Internet vor Attacken zu schützen. Noch wird die Gefahr von Sicherheitslücken häufig unterschätzt. Um aber Produktivitätseinbußen oder Cyberattacken, die beispielsweise in totalen Stromausfällen für ganze Regionen resultieren können, zu verhindern, sind eine optimierte Verschlüsselung und hohe Sicherheitsstandards unverzichtbar. Smart Grids fassen viele dezentrale Stromquellen zusammen. In Zukunft sollen viele kleine – also auch private – Stromerzeuger zu gemeinsamen Kraftwerken, den sogenannten „virtuellen Kraftwerken“ zusammengefasst werden. Dazu muss aber gesellschaftliche Akzeptanz geschaffen werden. Das Thema Datenschutz etwa bereitet vielen potentiellen Prosumern noch Sorgen. Es gilt also gute Aufklärungsarbeit zu leisten, damit auch private Verbraucher den Nutzen von Smart Grids erkennen und Vorteile für sich ableiten können. Microtronics_EmoWo sind Smart Grids schon heute real? Smart Grids sind aber keine reine Zukunftsvision. Bestimmte Teilbereiche des intelligenten Stromnetzes sind schon erfolgreich im Einsatz. So etwa in Hochspannungsnetzen. Durch das Monitoren der Leiterseiltemperaturen von Hochspannungsleitungen, lassen sich Rückschlüsse auf die Auslastung des Leiterseils ziehen. So kann ermittelt werden, ob das Seil noch in der Lage ist zusätzliche Energie zu transportieren oder nicht. Die von Microtronics entwickelte Lösung emo setzt genau hier an. emo ist ein Monitoringsystem für Hochspannungsleitungen, das hilft Übertragungskapazitäten transparent zu machen und Leitungsinfrastrukturen noch effizienter zu nutzen. Für den privaten Verbraucher sind vor allem die Stichworte Smart Home und Smart Meter als Teil der Smart Grids greifbar. Das Smart Home verbindet verschiedene Heimelemente wie etwa Steuerung der Heizung, der Haushaltsgeräte oder der Lichtquellen miteinander. In Sachen Energieverbrauch soll es aber nicht nur um die automatische Steuerung, sondern auch um ständige Optimierung gehen. Der Geschirrspüler soll sich dann beispielsweise nur einschalten, wenn die Stromkosten gerade besonders günstig sind. Dies soll in Zukunft auch durch Smart Metering unterstützt werden.

Microtronics_myDatalogNANOamr

Microtronics myDatalogNANOamr

Smart Meter sind bereits im Einsatz. Diese intelligenten Zähler erfassen den Stromverbrauch digital in kurzen Intervallen und übertragen ihn online. Die Ablesung der Verbrauchswerte erfolgt also aus der Ferne. Dies sorgt zum einen dafür, dass Personal effizienter eingesetzt werden kann und Zähler nicht mehr vor Ort ausgelesen werden müssen. Zum anderen haben Verbraucher und Energieversorger direkten Einblick in Verbrauchsprofile, was beispielsweise hilft Wartungsarbeiten effizienter zu planen oder Anreize für die Umsetzung spezieller Tarife (Nacht- oder Wochenendtarife) schafft. Für die Zählerfernauslese von analogen Zählern bietet Microtronics beispielsweise den Datenlogger „myDatalogNANOamr“. Dabei handelt es sich um ein kompaktes Übertragungsgerät zum direkten Anschluss von Zählern, das eine kabellose Fernauslese ermöglicht. Die gesammelten Daten werden online für Dokumentations-, Monitoring- und Analysezwecke übertragen. Für den privaten Verbraucher wurde das Smart-Metering-Gadget „QGate“ entwickelt. Es kann mit jeglichem Haushaltsgerät verbunden werden. Dabei wird das QGate zwischen Steckdose und zu beobachtendem Gerät gesteckt. Via Smartphone-App können User beispielsweise den Energieverbrauch des Kühlschranks überwachen oder Standby-Modi aus der Ferne ausschalten.


Microtronics_QGate

Microtronics QGate

Die europaweiten Bestrebungen die Realisierung der Smart Grids voranzutreiben steigen stetig an. Im deutschsprachigen Raum wurden beispielsweise in Deutschland unter dem Titel „E-Energy – IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft“ sechs Modellregionen errichtet, die wertvolle Informationen zur praktischen Umsetzung von Smart Grids liefern sollen. Aber auch Österreich ist in Sachen Smart Grids nicht untätig: bis 2019 werden 95% aller Stromzähler durch Smart Meter ersetzt. Die Smart-Grids-Modellregion Salzburg liefert den beteiligten Energieversorgern, Forschungseinrichtungen und Technologieunternehmen schon heute essentielle Grundlagen für den weiteren Ausbau der Smart Grids. Fazit Smart Grids werden den Umgang mit Energie nachhaltig verändern. Sie betreffen nicht nur Energieversorger oder Technologieunternehmen, die beispielsweise die notwendige Sensorik liefern, sondern auch den Netznutzer selbst. Erneuerbare Energiequellen spielen für Smart Grids eine entscheidende Rolle. Durch die dezentrale Einspeisung werden die Stromnetze der Zukunft auch dem steigenden Energiebedarf gerecht werden. Der weitere Ausbau von erneuerbaren Energiequellen führt dabei auch zu mehr Nachhaltigkeit. Durch den ständigen Informationsaustausch der Netzkomponenten wird die Versorgungssicherheit weiter erhöht. Durch Smart-Grid-Lösungen können bestehende Stromnetze auf lange Sicht mit geringerem Kostenaufwand modernisiert werden. Für den angestrebten Netzausbau müssen beispielsweise nicht überall neue Leitungen gebaut werden. Bestehende Systeme können durch intelligente Komponenten ergänzt werden und so einen wesentlichen Beitrag zur Realisierung eines nachhaltigen, wirtschaftlichen und sicheren Strombetriebs leisten. Smart Grids liefern aber auch die Grundlage für neue Geschäftsmodelle. Die Europäische Technologieplattform Smart Grids schätzt die Investitionen in Sachen Stromübertragung und Stromverteilung bis 2030 in Europa auf € 390 Milliarden. Davon profitieren natürlich auch Technologieentwickler und -lieferanten. Aber auch Netznutzer werden nicht nur ihr eigenes Verbrauchsverhalten beobachten können, sondern ihre Verbrauchsprofile mit Energieversorgern teilen. Dies liefert beispielsweise Anreize für neue Tarifmodelle. Im industriellen Bereich können Verbrauchsprofile etwa für die bessere Planung von Wartungseinsätzen genutzt werden. Um auch dem Energiebedarf der Zukunft gerecht zu werden, wird die Realisierung der Smart Grids noch einige Jahre in Anspruch nehmen. Dennoch sind sie teilweise schon in der Realität angekommen und demonstrieren deutlich die Vorteile einer vernetzten Kommunikation zwischen einzelnen Netzkomponenten. Laden sie das Whitepaper zu diesem Artikel hier herunter

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