Strom wie Daten steuern

Management/Energienetze

Smart - Grid Die intelligente Vernetzung von Informationen ist die Basis für den ressourcenschonenden Energieeinsatz. Ein IT-gestütztes Netzwerk nimmt alle relevanten Strom-Daten in Echtzeit auf und macht sie verfügbar.

30. November 2009

Die aus dem Internet bekannte IP-Technologie hat das Potenzial, »unsere gesamte elektrische Infrastruktur zu verändern«, sagt Christian Feißt von der Cisco Systems GmbH. Dies beginne bei der Überwachung und Kontrolle verschiedener Bereiche des Stromnetzes, von der Energieerzeugung über Umspannwerke, Mastaufsätze bis hin zu Haushalten und Unternehmen als Endverbraucher. »Bei einer derartigen Vielzahl von Einsatzbereichen wird IP die Flexibilität, Sicherheit und Interoperabilität von Smart Grids signifikant erhöhen«, ist sich Feißt sicher.

Die Unterschiede zum Web sind laut dem IT-Experten nicht allzu groß: »Das Stromnetz und das Internet sind prinzipiell gleichartig aufgebaut. Ein Stromnetz verfügt jedoch über deutlich mehr Netzknoten in Form von Einspeisepunkten als das Internet.« Darüber hinaus würden im Internet Datenflüsse gesteuert und innerhalb eines zukünftigen Smart Grids Stromflüsse. Der Unterschied: Im Internet kann jeder teilhaben, das Stromnetz und seine Steuerung müssen hochgesichert sein.

Daraus folgert Feißt, dass an der IP-Technologie im neuen Anwendungsbereich nichts geändert werden muss. »Sie bleibt, wie sie ist und wird dahin gebracht, wo sie bisher nicht ist.« Nämlich dorthin, wo die Stromleitungen enden, in die Substations, nach Hause oder zu den Krafwerken. Sie komme in ein Umfeld, in dem sie bisher nicht vertreten ist und werde so ähnlich arbeiten, wie heute in Rechenzentren, betont der Mitarbeiter von Cisco. Das IT-Unternehmen war bereits maßgeblich an der Entwicklung des Internet-Protokolls beteiligt.

Allerdings müsse die Hardware angepasst werden, etwa für niedrige Aussentemperaturen und Feuchtigkeit.

360 verschiedene Standards

Bei der Etablierung sieht er noch ganz andere Herausforderungen, insbesondere die Standardisierung. »Derzeit existieren rund 360 verschiedene Kommunikationsstandards im Stromnetz. Damit ist es unmöglich für die am Energienetz Beteiligten, untereinander Informationen auszutauschen.« Deshalb sei eines essenziell: eine einheitliche Kommunikationsplattform basierend auf einem offenen Standard, dem Internet Protokoll.

Bei Cisco geht man davon aus, dass sich die Anzahl der Standards durch die IP-Technologie stark verringern wird. »Für den umfassenden Aufbau von Smart Grids ist dies sogar dringend notwendig«, betont Feißt. Zudem fordert er die Politik dazu auf »Entscheidungen voranzutreiben, die die entsprechenden regulatorischen Voraussetzungen und Marktrahmenbedingungen schaffen«.

Viele der aktuellen technologischen Ansätze besäßen bereits Marktreife. Sie müssten jedoch noch in die veralteten Strominfrastrukturen integriert und freier genutzt werden. »Derzeit arbeiten wir verstärkt daran, unsere Lösungen für Stromanbieter wertschöpfend einsetzbar zu machen«, erläutert der IT-Experte.

Dabei müsse stets der Mehrwert im Vordergrund stehen, denn Investments in unrentable Infrastrukturen könne sich kein Utility-Anbieter leisten. »Aus diesem Grund ist es für IT-Unternehmen wichtig, tiefes Verständnis für die Prozesse und Abläufe innerhalb der Energiebranche zu entwickeln.«

Die Chancen, die sich aus dem neuen Technologie-Ansatz Smart Grid ergeben, sind groß: Durch die Verwendung von Routern und Switches wird eine Echtzeit-Transparenz der Daten hergestellt. Somit können beispielsweise Simulationen über Verbrauchs- und Verhaltensmuster von Kunden erzeugt werden. Dabei gehen die Prozesse jedoch weit über das Erfassen von Einspeisung und Verbrauch hinaus. Moderne Informationstechnologie ist in der Lage, diese Daten direkt aufzubereiten und vorzufiltern. Resultat ist eine Reaktionsgeschwindigkeit auf kritische Ereignisse wie Leitungsausfälle im Bereich von Millisekunden. Dabei wird die Intervention von der eingesetzten Hardware selbst anhand feststehender Handlungsparameter eingeleitet. Droht beispielsweise der Ausfall einer Leitung in eine Ortsnetzstation, reagiert die Kommunikationsinfrastruktur ad hoc mit dem Wechsel auf eine andere Leitung.

»Bis zum heutigen Tag handelt es sich bei Strom um eine Commodity, die ausschließlich über den Preis verkauft wird«, sagt Feißt. Durch den Einsatz von IT innerhalb der Infrastruktur könne sich das althergebrachte Business-Modell jedoch auf der Vertriebsseite wandeln. Energieversorger entwickelten sich vom reinen Stromlieferanten hin zu Energy Service Providern. Ausgangslage hierfür ist das Angebot von neuen, innovativen Services, die direkt mit einer besseren Kenntnis über die Kundenbedürfnisse verbunden ist. Jedoch verfügten Energieversorger nicht über dieses Wissen, da sie »lediglich einmal pro Jahr den Stromzähler beim Kunden ablesen. Sie haben weder Kenntnis davon, wie der Strom verbraucht wird noch wie er vor Ort effizienter eingesetzt werden kann«.

Gezielt neue Tarife anbieten

Smart Grids und Home Energy Management Systeme (HEMS) sind in der Lage, Verbrauchmuster beim Endverbraucher mittels intelligenter Zähler (Smart Meter) zu verarbeiten. Diese zeichnen Verbrauchsdaten in Echtzeit auf und schaffen damit Transparenz. Um jedoch auf aktuelle Entwicklungen reagieren zu können, müssen sie in HEMS zur Optimierung von Verbrauchsmustern eingebettet sein. Der Kunde erhält somit einen direkten Überblick über den Verbrauch jedes einzelnen Endgeräts und kann sein Verhalten entsprechend anpassen.

Zudem ist es möglich, den Endverbrauchern gezielt neue Tarife anzubieten, wenn sie sich bereit erklären, den Verbrauch von selbst festgelegten Endgeräten bei Lastspitzen vom Energieversorger fernabschalten zu lassen. Dieser erhält damit erstmals die Möglichkeit, seine Reservekapazitäten über den Kunden zu regulieren, indem er dessen Nachfrage absenkt. Die überschüssigen Reservekapazitäten können auf Märkten gehandelt werden, so dass das Angebot steigt und die Kosten im Gesamtsystem sinken.

Die neu geschaffene Transparenz im Haushalt lässt sich optimal mit neuen Services wie Web-basierten Energieeffizienzportalen kombinieren. Diese würden den registrierten Nutzer beispielsweise warnen, sollte der Kühlschrank plötzlich ein Vielfaches an Strom mehr verbrauchen als gewöhnlich.

Darüber hinaus ist es dann möglich, den eigenen Haushalt mit anderen Haushalten im Hinblick auf den Stromverbrauch und die Energieeffizienz zu vergleichen. Dies wäre jeweils verbunden mit Hinweisen, wie Probleme gelöst werden können oder wo es günstige und energieeffiziente Endgeräte gibt. Der Wertschöpfungseffekt für den Utility-Anbieter ergibt sich bei einem Energieportal beispielsweise durch Kooperationen mit Drittanbietern wie Elektromärkten. Darüber hinaus ist es durch die Datentransparenz möglich, Gutachten wie Energiepässe für Häuser zu erstellen sowie Thermostate an Heizkörpern anzusteuern, um zusätzlich auch die Wärme zu regulieren.

Die Möglichkeiten von Smart-Energy-Konzepten liegen auf der Hand. Weniger Klarheit besteht dagegen bei der konkreten Umsetzung, beispielsweise bei den zu verwendenden Kommunikationsplattformen. Zur Verfügung stehen unter anderem Powerline, Funk oder DSL.

»Uns sind zwar alle Kommunikationsplattformen geläufig, jedoch sehen wir deutliche Unterschiede in Bezug auf die Präferenzen der Stromanbieter sowie bei der geografischen Verbreitung«, sagt Experte Feißt. Powerline spiele bereits heute eine führende Rolle und werde auch künftig ein Maßstab sein. Funktechnologie wiederum habe bisher nur eine geringe Verbreitung in Europa wohingegen DSL- und die Breitbandtechnologie künftig eine deutlich stärkere Verbreitung erfahren werden, glaubt Feißt.

Eine konkrete Prognose, welche Kommunikationstechnologie sich durchsetzen wird, fällt ihm schwer, da das Thema »zurzeit noch in den Kinderschuhen« stecke. Etwas weiter scheint man hier beim Thema Sicherheit. »Sowohl die physische als auch die virtuelle Datensicherheit sind in einem ganzheitlichen Ansatz in unseren Produkten integriert, um die Zuverlässigkeit eines Energiesystems zu optimieren«, berichtet Feißt. (mn)

Erschienen in Ausgabe: 11-12/2009