Das lebende Netz

Technik

Studien - Im Jahr 2020 könnten in Europa bereits 30% des Stroms mit dezentralen Kleinkraftwerken in Eigenheimen erzeugt werden. Gefragt ist ein intelligentes Management der Lastflüsse zur Netzsteuerung. Für Energieversorger bieten sich neue Geschäftsfelder.

24. März 2009

Das heute noch überwiegend zentral ausgerichtete Energieversorgungssystem ist auf dem Wege sich immer stärker in kleinere Einheiten aufzugliedern. Erzeugung, Verteilung und Belieferung werden dabei zu dezentralen Versorgungseinheiten zusammengefasst und mit Hilfe übergreifender Leistungs- und Energiemanagementsysteme gesteuert. Das ist das Ergebnis der Studie ›Zukunftsfaktoren 2020‹ die Steria Mummert Consulting gemeinsam mit Lünendonk sowie der FutureManagementGroup erstellt hat.

»Vor allem in Ballungsräumen haben Nachbarschafts-Stromnetze gute Chancen«, sagt Norbert Neumann, Senior Manager bei Steria Mummert Consulting. Mehrere Wohneinheiten werden dabei mit Kleinkraftwerken, Solaranlagen oder anderen alternativen Energiequellen ausgestattet.

Durch den Einsatz intelligenter Energieserver kann das Nutzungs- und Bereitstellungsprofil der einzelnen Einheiten ermittelt und überwacht werden. »Dadurch wird ein optimaler Austausch gewährleistet«, betont Neumann. Energieintensive Anwendungen lassen sich zum Beispiel automatisch in Phasen mit Energieüberschuss starten. Gleichzeitig sind die Nachbarschafts-Netze fast autark. Ein Anschluss an das allgemeine Stromnetz ist nur noch in Spitzenzeiten nötig. Lange Energietransporte entfallen nahezu vollständig. Solche Nachbarschafts-Stromnetze können der Studie zufolge dazu beitragen, den Energieverbrauch nachhaltig zu senken. Dies bestätigt auch eine Untersuchung des Verbands der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik (VDE).

Bei einem »weiter wie bisher« würde der Stromverbrauch in Deutschland bis 2025 um rund 60% zunehmen. Werden laut VDE dagegen sämtliche Optimierungsmöglichkeiten genutzt, ist eine Senkung des Strombedarfs um 40% möglich. Schutz und Automatisierung der Versorgungsnetze schaffen die Voraussetzungen für diesen gewünschten effizienten Netzbetrieb. Hintergrund ist neben zunehmender Einspeisung regenerativer Energie der intensiviere Energiehandel. Doch hält die technische Basis mit dieser Entwicklung (noch) nicht mit. Bislang sind die meisten Mittelspannungsnetze als Strahlennetze schutztechnisch sehr einfach aufgebaut.

Die Studie ›Schutz- und Automatisierungstechnik‹ des Instituts trend:research rechnet jedoch mit steigender Tendenz zur Automatisierung von Mittelspannungsschaltanlagen, unter anderem durch digitale Schutzrelais auch in der Sekundärverteilung. In diesem Bereich, in dem die elektrische Energie entweder auf der Mittelspannungsebene oder von der Mittel- auf Niederspannung weiter verteilt wird, waren oft nur die Abzweige in den Umspannwerken mit fernsteuerbaren Leistungsschaltern ausgestattet. Von der Fernmeldung und -steuerung der Stromnetze profitierten laut trend:research auch immer mehr Transformatorenstationen in der Nähe von Industrieunternehmen sowie abgelegene Stationen und wichtige Schaltstationen.

Während Aufgaben der Netz- und Anlagenführung in der Wasser- und Abwassertechnik sowie der Stromverteilung in der Industrie schon immer als Herausforderungen im Bereich der Prozessautomatisierung und Prozessdatenübertragung begriffen wurden, hat sich eine solche Betrachtungsweise im Bereich der Stromnetze noch nicht durchgesetzt, haben die Experten von trend:research ausgemacht. Dabei erfordere die stabile Betriebsführung der Stromnetze ebenfalls punktuell und situationsabhängig diverse entlastende Schalthandlungen und damit ebenfalls eine intelligente Prozessführung.

Im Bereich der Stromnetze ist die Erfassung, Sammlung und Weiterleitung der für eine Prozessautomatisierung erforderlichen Daten eine ungleich komplexere Aufgabe, betont trend:reseach. Deutsche Stromnetzbetreiber nutzten bisher keine Regelmöglichkeiten im Niederspannungsnetz, sodass selbst beim Einsatz technischer Einrichtungen in der Wechselrichtertechnik die Netzbetreiber bisher nicht in der Lage wären, diese zu managen.

Stromnetze häufig am Limit

Das eigentliche Netzmanagement findet auf der Hoch- und der Mittelspannungsebene statt. Nach Expertenangaben dürfte langfristig erst bei einem Photovoltaik-Stromanteil von 10 bis 20% im Netz die Automatisierung solcher Netzmanagementfunktionen auch auf der Niederspannungsebene sinnvoll sein. »Bis es soweit ist, dürften die Erfolge einer geschickten manuellen Netzführung darüber hinwegtäuschen, dass die Stromnetze immer öfter am Limit und nicht immer kostenoptimal betrieben werden«, heißt es in der Studie. Insgesamt zeigt die Befragung, die sich auf die Netzmanager eine Reihe großer Stadtwerke ab 100.000 Kunden erstreckt, »im Hinblick auf die Einspeisung dezentraler Erzeuger einen erstaunlich geringen Problem- und Handlungsdruck«.

Genau dieser ist aber heute gefragt. Produziert jeder seine Energie selbst, wird zentralistische Produktion weitgehend unnötig. »Ein massiver Ausbau dezentraler und überwiegend autarker Anlagen, die weitgehend durch erneuerbare Energien gespeist werden, könnte bei den kommerziellen Energieanbietern zu einem massiven Nachfrageeinbruch führen«, prognostiziert Norbert Neumann von Steria Mummert Consulting. Viele Versorger wären dann hauptsächlich für den Ausgleich regionaler Versorgungsungleichgewichte sowie für die Funktionsfähigkeit der Infrastruktur zuständig und damit auf die Funktion von Energiebrokern reduziert.

Für die Unternehmen ergeben sich durch die dezentrale Stromerzeugung aber auch Chancen, denn es eröffnen sich diverse neue Geschäftsfelder. Dass viele Versorger dies erkannt haben und zur Anpassung bereit sind, zeigen diverse geplante Investitionen in Beratung und Smart Metering. Neben der Energieeffizienz-Beratung können Versorger ihre Endkunden auch beim Aufbau dezentraler Versorgungsnetze betreuen oder selbst autarke Regional-Netze aufbauen, empfiehlt Neumann.

Auch die sechs durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten ›E-Energy‹-Projekte greifen das Thema auf. Ende 2008 startete ›E-DeMa‹ ein Gemeinschaftsprojekt von RWE Energy, Siemens Energy, ef.Ruhr (Verbund von Energietechniklehrstühlen der Hochschulen Duisburg/Essen, Bochum und Dortmund), Miele, SWK (Stadtwerke Krefeld-Gruppe) und Pro Syst. Ziel ist laut Beschreibung, die »Entwicklung und Demonstration dezen-tral vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft für gewerbliche und private Stromkunden«.

Diese sollen über Kommunikationstechnologien mit Energiehändlern, Verteilnetzbetreibern und anderen Akteuren innerhalb von Modellregionen verbunden sein. Daraus ergeben sich, so die Vorstellung der Projektentwickler, »neue Angebote und Dienstleistungen durch aktivere Marktteilnahme von privaten und gewerblichen Stromkunden sowie erweiterte Geschäftsmodelle für Stromversorgungsunternehmen«.

Viele offene Technik-Fragen

Für Carsten Liedtke, Vorstand der Stadtwerke Krefeld, hat die Teilnahme eine wichtige strategische Bedeutung, denn er rechnet damit, dass »Unternehmen ohne direkten Zugang zu zukunftsweisenden Technologien mittelfristig bei der Erzeugung und Beschaffung von Energie, dem Messstellenbetrieb, Messdienstleistungen und Vertrieb nicht konkurrenzfähig sein werden«. EnDaMa könne als Leuchtturmprojekt eine Breitenwirkung auf der Ebene kommunalnaher Energieversorger erzeugen.

Laut Dr. Jan Mrosik, Leiter der Business Unit Energy Automation bei Siemens, läuft die Evolution der Netze zu ›Smart Grids‹ auf einen Paradigmenwechsel hinaus: »Vom heutigen statischen Betrieb der Infrastruktur zu einem dynamischen, lebenden Netz mit dezentralen Strukturen.« Jedoch warten laut Dr. Mrosik noch viele Fragen auf Antworten, und viele Denkansätze zum Smart Grid sind noch in einem visionären Status: »Was sind die Bausteine eines intelligenten Stromnetzes? Wie integrieren wir die dezentralen Erzeugungs-Kapazitäten mit zum Teil fluktuierender Charakteristik in die Verteilungsnetze?«, zählt er auf. Dennoch stünden bereits heute viele innovative Komponenten und Systeme, insbesondere zum Aufbau kommunikationstechnischer und leittechnischer Strukturen, zur Verfügung, auf die sich aufbauern lasse, so Mrosik.

Erschienen in Ausgabe: 03/2009