Feliks Vainik
25.07.2018

Das intelligente Stromnetz im Blickpunkt kritischer Infrastrukturen

Intelligentes Stromnetz in kritischer Infrastruktur

Das intelligente Stromnetz (Smart Grid) nimmt langsam Gestalt an. Während jedoch die Vorgaben für das Messen im Smart Grid unmissverständlich sind, scheiden sich die Geister bezüglich des Schaltens und Steuerns. Die vielen Alternativen, teils mit ungewisser Zukunft, verunsichern die Verteilnetzbetreiber (VNBs). Wir versuchen hier unter Einbeziehung der im Markt tätigen Akteure und ihrer Lösungsansätze, einen Überblick über das Machbare zu schaffen.

Definition "Intelligentes Stromnetz"

Ein intelligentes Stromnetz integriert durch das Zusammenspiel von Erzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch sämtliche Akteure im Strommarkt in ein Gesamtsystem. Intelligente Stromnetze beziehen in ihre Steuerung die Verbraucher, sowie dezentrale kleine Energielieferanten und -speicherorte so mit ein, dass einerseits ein zeitlich und räumlich homogenerer Verbrauch (s. a. intelligenter Stromverbrauch) entsteht und andererseits prinzipiell inhomogene Erzeuger (z. B. Windkraft) und Verbraucher (z. B. Beleuchtung) besser integriert werden können.
 
Unterstützt von der Bundesregierung arbeiten die Netzbetreiber am „Smart Grid“, dem intelligenten Stromnetz. Das Stromnetz besteht aus konventionellen Kraftwerken sowie Wind- und Sonnenenergie-Anlagen jeder Größe, die über ein 1,8 Millionen Kilometer langes Netz von Freileitungen und Erdkabeln mit Millionen Stromabnehmern in Haushalten und Betrieben verbunden sind. Mehr zum Thema Smart Grid finden sie in unserem entsprechenden Blogbeitrag "Das Schalten im Smart Grid – Gegenwart und Zukunft". 
 

Hintergründe 

Um sich von energiepolitischen Marktgeschehnissen unabhängiger zu machen, technologisch den Anschluss an die Weltspitze für Zukunftstechnologien nicht zu verlieren und umweltpolitisch verantwortungsbewusst zu agieren, beschloss die Bundesregierung, sich im Energiesektor stärker auf erneuerbare Energien zu fokussieren. Laut dieses Planes soll daher der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis zum Jahr 2025 auf 40 bis 45 % und bis 2035 auf 55 bis 60 % erhöht werden.
 
Das deutsche Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (Kurztitel Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG 2017) regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. 
 

Proaktiv statt passiv 

Um diesen Vorgang voranzutreiben, unterstützt die Bundesregierung ebenso spezifische Förderprogramme wie SINTEG. Diese zielen darauf ab, in großflächigen "Schaufensterregionen" skalierbare Musterlösungen für eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung bei hohen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie zu entwickeln und zu demonstrieren. Die erarbeiteten Lösungen sollen als Modell für eine breite Umsetzung dienen und die bereits oben genannte Entwicklung entsprechend zu unterstützen. 

Die Hauptanforderungen an das intelligente Stromnetze lauten sichere und zuverlässige Steuerung sowie gleichmäßige Auslastung

Durch den steigenden Anteil der erneuerbaren Energien steigen jedoch ebenso die Anforderungen an die Stromnetze. Vor der Energiewende speiste eine relativ kleine Anzahl von Kraftwerken kaum schwankende Strommengen in das Netz ein. Wind- und Solaranlagen produzieren jedoch je nach Tageszeit und Wetter unterschiedlich viel Strom. Das stellt die Netzbetreiber vor Herausforderungen, denn das stärker variierende Energie-Angebot ist schwieriger zu steuern. Diese Problematik ist jedoch durch die Einführung eines intelligenten Stromnetzes in den Griff zu bekommen. Ziel des intelligenten Stromnetzes ist es, eine möglichst gleichmäßige Auslastung des Stromnetzes sicherzustellen, also Lastspitzen oder sogar Ausfälle zu vermeiden. Dieselbe Menge an Energie wird übertragen, doch die Netze sind gleichmäßiger ausgelastet und damit effizienter.  

Netzdienlichkeit 

Um Lastspitzen oder Ausfälle zu vermeiden ist es unabdingbar, entsprechende Steuerungs-Lösungen einzuführen. Da die Energiespeicherung, technologisch gesehen, noch in den Kinderschuhen steckt (hier mehr zum Thema), muss jederzeit genau die elektrische Leistung produziert werden, die im Stromnetz verbraucht wird. Dies lässt sich grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen erreichen: durch die Steuerung der Stromerzeugung in den Kraftwerken und durch die Beeinflussung der Nachfrage, also der Netzlast. Letzteres wird als Lastmanagement (engl. DSM = Demand Side Management) bezeichnet. Hier finden Sie mehr zum Thema Lastmanagement.

Während beim Messen der Zeitfaktor eine eher untergeordnete Rolle spielt, ist er beim Lastmanagement umso wichtiger. Zeitliche Verzögerungen außerhalb des erlaubten Rahmens können katastrophale Folgen bis hin zum Schwarzfall haben.
Während beim zum Messen im MsBG die technischen Lösungen verordnet sind, gestalten sich die Aktivitäten im Steuer- und Schaltbereich anders. Hier ist der Markt offen für Eigenentwicklungen. Daher werden gegenwärtig auf dem Markt verschiedene Lösungsansätze zum mehr oder weniger smarten Steuern und Schalten eingesetzt bzw. angegangen.

  • Quelle: Oliver Schaloske, Stromnetz Berlin GmbH , Beitrag Nutzung hybrider Kommunikationsnetze zur effektiven Steuerung im intelligenten Stromnetz

Wie der Übersicht entnommen werden kann, sind manche Lösungen noch nicht technisch ausgereift oder weisen kapazitative Unzulänglichkeiten auf, die es u.a. unmöglich machen, eine große Anzahl an Empfängern in Echtzeit zu steuern und zu schalten. Beim netzdienlichen Schalten muss jedoch eine große Anzahl von Empfängern innerhalb kürzester Zeit den Schalt-/ Steuerbefehl ausführen.

Hybride Netze – Integration von IMsys und Strompager 

Die Stromnetz Berlin GmbH, einer der größten VNBs Deutschlands, hat sich proaktiv mit der Netz-Schaltthematik auseinandergesetzt. Das Fazit der Stromnetz Berlin war: während sich die TFR nicht mehr wirtschaftlich betreiben lässt, die EFR funktions- und sicherheitstechnische Unzulänglichkeiten aufweist, machte man mit dem e*Nergy Strompager insgesamt sehr gute Erfahrungen beim Steuern seines Berliner Netzes. Ein Steuern und Schalten über das intelligente Messsystem mit dem Smart Meter Gateway ist aufgrund fehlender finalen Vorgaben ebenfalls noch nicht relevant. Außerdem wird auch dann im intelligenten Messsytem (IMsys) ein netzdienliches Schalten sehr problematisch sein, da nur eine begrenzte Anzahl an Empfängern in der vorgegebenen Zeit geschaltet bzw. gesteuert werden können. Die Erkenntnis der Stromnetz Berlin: der e*Nergy Strompager derzeit die einzig relevante Steuer- und Schaltlösung.

In der Zukunft soll durch eine CLS Schnittstelle in der Strompager Steuerbox dann das IMsys im Smart Grid entsprechend eingebunden werden.

Anstatt eines homogenen Netzes für Messen, Steuern und Schalten, werden zwei ineinander integrierte Netze betrieben. Eines zum Steuern und Schalten über den Strompager sowie eines zum Messen mit Rückkanal für Steuer- bzw. Schaltbestätigungen über das IMsys.

Mit der jeweils gegebenen Redundanz durch zwei Infrastrukturen wird außerdem noch die Ausfallsicherheit für das Schalten und Steuern erhöht. Ein smartes Messen, Steuern und Schalten ist daher schon heute möglich und nicht erst in ferner Zukunft.

Nutzung hybrider Kommunikationsnetze zur effektiven Steuerung im intelligenten Stromnetz

Hier gelangen Sie zum Beitrag der Stromnetz Berlin zum Thema "Nutzung hybrider Kommunikationsnetze zur effektiven Steuerung im intelligenten Stromnetz".

Zum Vortrag
180724-schalkose-vortrag-mockup

Fragen und Anregungen

An das Organisationsteam (Frau Lisa Süße, E-Mail: l.suesse@emessage.de, Tel.: 030 / 4171-1511).
Natürlich gibt es den Themenkatalog bereits in ausführlicher Form. Hier ist er zu finden:

Digitaler Paging-Kongress: CritComms 2018

Programmbeirat 
CritComms 2018 Paging-Kongress