Smart Grids: Ein Energiesystem im Wandel

Die Energieversorgung, wie wir sie kennen, hat ausgedient. Damit unsere Stromnetze die technischen Herausforderungen der Zukunft meistern können, müssen die Energiesysteme flexibler und intelligenter werden. von Zwei, die wissen, wie das funktioniert: Konrad Diwold und Martin Braun vom Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES.

Die vorherrschende Energieversorgung in Europa hat einen sehr zentralen Charakter. Sie ist für zentrale Erzeugung und dezentralen Verbrauch ausgelegt. Das bedeutet, dass in solchen Netzen Lastflüsse unidirektional von wenigen, großen, zentralen Kraftwerken zu den Verbrauchern fließen. Diese Kraftwerke folgen in der Regel dem Lastbedarf der Netze. Netze selbst haben bei einer solchen Art des Energieversorgens einen sehr passiven Charakter. Das heißt, dass ihr Betrieb nicht laufend optimiert wird sondern einmal ausgelegt wird. Eingriffe in das Netz erfolgen nur bei akuter Systemgefährdung.

Diese Art der Energieversorgung befindet sich zurzeit im Wandel. Wesentliche Gründe hierfür sind zum Einen die Liberalisierung des Energiemarkts, sowie die verstärkte Integration erneuerbarer Energien (wie etwa Photovoltaik und Windkraft) in die Netze die zu einer Dezentralisierung der Energieversorgung führen. In Deutschland sind bereits über eine Million dezentrale Erzeugungsanlagen, vor allem Photovoltaik-Anlagen, installiert.

Durch die Liberalisierung des Energiemarkts wurde Erzeugung und Handel von Energie vom Netzbetrieb entkoppelt. Es ist Netzbetreibern nur noch bei akuter Systemgefährdung möglich auf die Erzeugung / Einspeisung von Kraftwerken Einfluss zu nehmen.  Netzbetreiber haben auch keinen Einfluss darauf, wo Kraftwerke errichtet werden. Konsumenten haben zudem die Möglichkeit, Ihren Energieanbieter frei zu wählen, was Auswirkungen auf den Netzbetrieb haben kann. 

Nicht zuletzt durch die Initiative der Europäischen Union, findet zurzeit eine verstärkte Integration von Erzeugungsanlagen erneuerbarer Energien und Speichern in das europäische Energieversorgungssystem statt. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken erfolgt die Einspeisung erneuerbarer Energien dezentral im Mittel und Niederspannungsnetz. Zusätzlich sind solche Erzeugungsanlagen stark abhängig vom Wetter und Standort (in Deutschland ist Windkraft vor allem im Norden und Photovoltaik im Süden installiert). 


Abbildung 1

Abbildung 1: Schematische Netzstruktur (Bildquelle: Martin Braun, Fraunhofer IWES)
Abbildung 1: Schematische Netzstruktur (Bildquelle: Martin Braun, Fraunhofer IWES)


Dezentrale Stromerzeugung erfordert optimierten Verteilnetzvertrieb

Die zukünftige  Energieversorgung entwickelt sich daher zu einem System, das durch viele kleine dezentrale Stromerzeugungsanlagen statt durch einige wenige große Kraftwerke gespeist wird. Das hat zur Folge, dass einstig unidirektionale Lastflüsse zwischen Erzeugern und Verbrauchern durch multidirektionale Lastflüsse zwischen dezentralen Energieanlagen (Erzeuger, Speicher, Lasten) abgelöst werden (in Abbildung 1 ist die Netzstruktur schematisch abgebildet). Vor allem bei Erzeugungsspitzen (bei Photovoltaik etwa um die Mittagszeit), kann dezentrale Einspeisung eine überdurchschnittliche  Belastung für das Netz darstellen, da sich die Sonne nicht nach dem lokalen Verbrauch eines Netzes orientiert. Dezentrale Erzeugung erfordert daher die Einbindung und Regelung aller Arten dezentraler Energieanlagen in einem aktiven optimierten Verteilnetzbetrieb.

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