Technische Innovation

Smartes Stromnetz: Warum die Energiewende digital ist

Digitale Techniken sind der Schlüssel zum Wandel unserer Energieversorgung. Nun wurde auch der gesetzliche Grundstein für das smarte Stromnetz gelegt.

Wer einen Anlass sucht, um in Nostalgie zu schwelgen, wird in vielen deutschen Kellern fündig. Denn in sehr vielen Gebäuden sind noch Ferraris-Stromzähler installiert – die klassischen schwarzen oder grauen Kästen mit einem altmodischen Drehzähler. Der namensgebende italienische Physiker Galileo Ferraris ist bereits seit über 100 Jahren tot und das auf Induktion basierende Messprinzip hat sich seit den Sechzigerjahren nicht mehr verändert. Doch jetzt droht dem bewährten Stromkasten das Aus: Am vergangenen Donnerstag hat der Bundestag das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende verabschiedet, das die flächendeckende Einführung von digitalen Stromzählern vorsieht.

Mit diesem Beschluss reagiert die Politik auf den starken Wandel, den unsere Stromversorgung in den letzten Jahrzehnten erlebt hat. Kohle- und Atomkraftwerke wurden und werden durch alternative Energieerzeuger wie Windräder oder Solarzellen ersetzt. Heute machen erneuerbare Energien im Schnitt bereits etwa ein Drittel der deutschen Energieproduktion aus. Am Pfingstsonntag 2016 reichte der in das Netz eingespeiste Ökostrom sogar erstmals, um 100 Prozent des bundesweiten Stromverbrauchs abzudecken.

Herausforderungen der Energiewende

Die dezentrale Produktion durch viele kleine Naturstromanlagen stellt das Versorgungssystem aber auch vor neue Probleme. Immer mehr Kleinerzeuger und Privathaushalte speisen Elektrizität ins Netz ein. Doch je mehr Anlagen Strom liefern, desto öfter wird die erzeugte Menge den aktuellen Bedarf übertreffen und desto schwieriger wird es, Angebot und Nachfrage im Stromnetz im Gleichgewicht zu halten.

Um die erneuerbaren Energien sinnvoll in das bestehende Versorgungssystem zu integrieren, gibt es eine ganze Reihe an Konzepten und Techniken. Eine Maßnahme ist der Ausbau der Stromnetze, um die Energie besser im Land zu verteilen. Aber auch die Entwicklung von Energiespeichern, die den überschüssigen Ökostrom vorübergehend aufnehmen, oder die flexible Steuerung des Stromverbrauchs können dabei helfen, das Energiesystem für die Einspeisung großer Mengen grünen Stroms zu rüsten.

Erneuerbare Energien stellen neue Anforderungen an das Stromnetz.
Erneuerbare Energien stellen neue Anforderungen an das Stromnetz.

Doch das allein wird noch nicht genügen, meint Andreas Kuhlmann, Geschäftsführer der Deutschen Energie-Agentur (DENA): „Wir müssen unsere Perspektive erweitern. Die Stromversorgung darf nicht länger als isoliertes System betrachtet werden – sie muss eng mit anderen Sektoren wie dem Verkehr, der Heiz- und Prozesswärme oder der Industrie verknüpft werden.“ In der zweiten Phase der Energiewende liege der Fokus nicht mehr auf dem Bau neuer Wind- und Solarparks, so der Chef des „Kompetenzzentrums für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente Energiesysteme“. Aber wie lassen sich Stromerzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch sinnvoll miteinander verknüpfen?

basis für ein smartes Stromnetz

Die Grundlage für ein intelligentes Stromnetz (Smart Grid) ist die Digitalisierung aller relevanten Komponenten des Energiesystems, so Kuhlmann. Dazu gehört auch die flächendeckende Installation von intelligenten Zählern, sogenannten Smart Metern. Denn kommt der Strom nicht mehr aus Großkraftwerken, sondern von mehreren Millionen Kleinerzeugern, muss der Fluss der Elektronen digital gesteuert werden. Nur so können Flexibilität, Effizienz und Versorgungssicherheit maximiert und die Energiekosten insgesamt reduziert werden.

Die dezentrale Stromproduktion verlangt nach digitaler Vernetzung.
Die dezentrale Stromproduktion verlangt nach digitaler Vernetzung.

Den Grundstein dafür hat die Bundesregierung mit der Verabschiedung des Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende nun gelegt. Spätestens bis 2032 sollen sämtliche mechanischen Ferraris-Zähler durch elektronische Zähler ersetzt werden. „Das Digitalisierungsgesetz läutet eine neue Energie-Ära ein“, sagt Dr. Bernhard Rohleder, Hauptgeschäftsführer des Branchenverbands Bitkom. „Endlich können wir das hochsichere Energiesystem aufbauen, das klimafreundlichem Strom aus Sonne und Wind zum Durchbruch verhelfen wird.“

Umstrittene Einführung von Smart Metern

Doch das Gesetz ist nach wie vor umstritten und der Entwurf stieß in den vergangenen Monaten immer wieder auf heftige Kritik. Die Bundestagsfraktion der Grünen beklagt, dass die intelligenten Zähler Kosten verursachten, ohne dabei einen echten Vorteil zu bieten. Die größten Bedenken äußern die Gegner der „Zwangsdigitalisierung“ aber bezüglich der Datensicherheit. Theoretisch können Smart Meter den Verbrauch einzelner Geräte aufzeichnen und somit den Tagesablauf eines Stromkunden relativ gut rekonstruieren: Wann geht die Kaffeemaschine an? Wie lange läuft der Fernseher?

Der traditionelle Ferraris-Zähler hat ausgedient.
Der traditionelle Ferraris-Zähler hat ausgedient. Bild: Flickr – Tekke (CC BY-ND 2.0)

Zähler, die mit Gateways ausgestattet sind, können diese Daten theoretisch in einem bestimmten Intervall automatisch an den Messstellenbetreiber senden. Obwohl der Gesetzesentwurf eine direkte Datenübertragung für Privathaushalte derzeit nicht vorsieht, bleiben Verbraucherschützer den digitalen Stromzählern gegenüber skeptisch. Nicht zuletzt deshalb arbeitet auch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik seit einiger Zeit an neuen Sicherheitskonzepten, die den Schutz der Privatsphäre erhöhen und Manipulationen an den Zählern verhindern sollen.

Spielraum für neue Akteure

Durch den Gesetzesbeschluss und die kontinuierliche Einführung der Smart Meter eröffnet sich nun auch ein Spielraum für neue Unternehmen. DENA-Chef Kuhlmann begrüßt die große Anzahl an Gründern, die den Markt mit disruptiven Ideen aufrütteln, die für das Gelingen der Energiewende dringend benötigt werden. Dazu gehören zum Beispiel Start-ups wie GreenPocket, Discovergy oder Kiwigrid, die innovative Geräte und Software für das Energiemanagement der Zukunft entwickeln.

In der App von GreenPocket kann jeder seinen Stromverbrauch verfolgen.
In der App von GreenPocket kann jeder seinen Stromverbrauch verfolgen. Bild: GreenPocket

GreenPocket etwa ermöglicht seinen Usern, ihren Stromverbrauch in Echtzeit mittels einer App oder eines Webportals zu überwachen. Dadurch soll jeder sein Nutzungsverhalten optimieren und somit Kosten sparen können. Die Visualisierungssoftware wird bereits von einigen der bundesweit tätigen Energieversorger wie E.ON oder Vattenfall sowie von zahlreichen regionalen Netzbetreibern in Smart-Meter-Pilotprojekten eingesetzt.

Discovergy zeigt den Stromverbrauch in übersichtlichen Grafiken an.
Discovergy zeigt den Stromverbrauch in übersichtlichen Grafiken an. Bild: Discovergy – Demo (Screenshot)

Mit einer ähnlichen Lösung für Smart Metering will auch Discovergy Transparenz in den Stromverbrauch seiner Kunden bringen. Die digitalen Zähler des Aachener Start-ups können direkt in das heimische Netzwerk eingebunden werden, so dass der Kunde seinen Stromverbrauch auf dem Smartphone verfolgen kann. Anhand der Verlaufskurven, die den Verbrauch innerhalb bestimmter, durch den Kunden festgelegter Zeiträume darstellen, sollen Verhaltensmuster und Trends erkannt und Einspartipps gegeben werden. Basierend auf dem gewählten Stromtarif werden zudem die Kosten automatisch berechnet, so dass der Verbraucher diese nicht erst in der Jahresabrechnung einsehen kann.

Dezentralisierung und vernetzung

Für Kunden, die nicht nur Strom verbrauchen, sondern auch gleichzeitig mit einer eigenen Photovoltaikanlage Energie produzieren – sogenannte Prosumenten – bietet das Start-up Caterva intelligente Stromspeicher. Dadurch muss die überschüssige Energie, die an sonnigen Tagen anfällt, nicht mehr ins öffentliche Netz eingespeist werden, sondern kann für weniger produktive Tage zurückgestellt werden. Solch innovative Energiespeichersysteme eröffnen auch neue Konzepte für die Stromversorgung: Sind in einer Region mehrere davon installiert, können sie untereinander zu einem virtuellen Großspeicher vernetzt werden. Durch dieses Schwarm-Prinzip könnten mehrere kleine Stromproduzenten ein genauso zuverlässiges Netz schaffen wie ein großer Anbieter, erklärt Geschäftsführer Markus Brehler das Unternehmenskonzept.

Aber nicht nur Start-ups nutzen die Chancen, die ihnen die Branche im Umbruch eröffnet. Auch große Konzerne entwickeln neue Geschäftsmodelle, um die Entwicklungen voranzutreiben und sich einen Platz unter den Profiteuren der Energiewende zu sichern. So plant etwa BMW, künftig ausrangierte Batterien seiner Elektrofahrzeuge wie dem i3 zu Heim-Stromspeichern für seine Kunden umzufunktionieren. Dies ist nur eins von vielen Beispielen, wie mit der entsprechenden Innovationskraft und Flexibilität das dezentralisierte smarte Stromnetz ausgebaut und die Energiewende zum Erfolg geführt werden kann.

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