Der Begriff Smart Grid steht für das intelligente Stromnetz. Dabei geht es vor allem darum, die Schwankungen des Stromangebots erneuerbarer Energieanlagen und den wechselnden Bedarf im Netz aufeinander abzustimmen. Mit der Wärmepumpe, dem Blockheizkraftwerk oder der Brennstoffzelle sind auch moderne Heizungsanlagen sinnvoll in das intelligente Netz zu integrieren. Wie das funktioniert, was ein Smart Grid auszeichnet und was Kritiker daran bemängeln, erklären wir in diesem Beitrag.
Was ist ein Smart Grid?
In einem Smart Grid (einem intelligenten Netz) werden Energieerzeuger, Energieverbraucher und Energiespeicher miteinander verknüpft. Das ist nötig, um die Schwankungen bei Angebot und Nachfrage von Strom ausgleichen und eine sichere Energieversorgung gewährleisten zu können.
Während die Regelung der „alten Stromnetze“ vergleichsweise gut planbar war, wachsen die Herausforderungen mit dem Ausbau dezentraler und regenerativer Energieanlagen. Denn Wind- oder Solarkraftanlagen liefern nur dann Strom, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Und das unabhängig davon, wie hoch der Bedarf gerade ist.
Wie funktioniert ein Smart Grid?
In einem Smart Grid werden Angebot und Nachfrage nach Energie ständig gemessen und gesteuert. Möglich wird das mit modernen Informations- und Kommunikationstechnologien, die alle Komponenten über das sogenannte „Internet der Dinge“ miteinander verbinden. Auf diese Weise können diese in Echtzeit kommunizieren und ihre Leistungs- oder Verbrauchswerte bedarfsgerecht anpassen.
Nötig sind dafür zum Beispiel intelligente Zähler (Smart Meter) und Haushaltsgeräte. Während die Zähler den eigenen Stromverbrauch in Echtzeit messen und an den Versorger übermitteln, können Verbraucher wie Wasch- und Spülmaschinen ihre Leistung automatisch an die Situation im Netz anpassen. Sie starten von selbst, wenn der Strom aus erneuerbaren Energieanlagen im Überschuss vorhanden ist, und pausieren, wenn die Versorgung knapp wird.
Welchen Vorteil hat das Smart Grid bei der Wärmeversorgung?
Der Ausbau von Smart Grids ist eine der Voraussetzungen dafür, dass unser Strombedarf in Zukunft überwiegend mit regenerativen Energien gedeckt werden kann. Denn anders als bei dem bisherigen Versorgungskonzept mit zentralen Großkraftwerken wird erneuerbarer Strom dezentral und schwankend gewonnen.
Darüber hinaus sollen die Ausbaukosten der Energiewende mit intelligenten Netzen niedrig gehalten werden. So soll zum Beispiel ein effizientes Lastmanagement (die Steuerung der Verbraucher abhängig vom Energieangebot) den Einsatz von Spitzenlastkraftwerken oder Hochspannungsleitungen weitestgehend überflüssig machen.
Insgesamt soll das Smart Grid eine sichere Energieversorgung gewährleisten. Und das unabhängig von Schwankungen erneuerbarer Energien, böswilligen Sabotageversuchen oder politischen Meinungsverschiedenheiten.
Was hat die eigene Heizung mit dem Smart Grid zu tun?
Auch die eigene Heizung kann in das Smart Grid eingebunden werden. Und zwar immer dann, wenn sie entweder viel Strom verbraucht oder selbst Strom erzeugt. Beispiele dafür sind:
- Wärmepumpenheizungen und Warmwasserwärmepumpen
- Stromerzeugende Heizungen wie BHKW oder Brennstoffzelle
- Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung auf dem eigenen Dach
Die Wärmepumpe und das Smart Grid
Ein erstes Beispiel für die Einbindung der Heizung in das Smart Grid ist die elektrisch betriebene Wärmepumpe. Diese gewinnt Umweltenergie aus Luft, Erde oder Wasser und macht diese durch einen mit Strom angetriebenen Prozess für die Heizung und/oder die Warmwasserbereitung nutzbar. Je nachdem, wie effizient die Anlage arbeitet, bezieht sie dabei mehr oder weniger Energie aus dem Netz.
Netzbetreiber kann Wärmepumpenleistung beeinflussen
Über ein spezielles Lastmanagement bekommt der Netzbetreiber Zugriff auf die Heizung und kann ihre Leistung an das erneuerbare Energieangebot anpassen. So lässt sich die Wärmepumpe zum Beispiel bei einem zu knappen Energieangebot abschalten, um das Netz zu entlasten. Liefern Solar- und Windkraftanlagen dagegen zu viel Strom, kann ein Netzbetreiber die Leistung der Wärmepumpe erhöhen, um auch das Überangebot abzufangen. Möglich wird das zum Beispiel durch das Anheben der Temperaturen im Heizungs- oder Warmwasserspeicher.
Pufferspeicher sichert Wärmeversorgung im Haus
Damit das eigene Haus immer mollig warm wird, muss die Wärmepumpe für das Smart Grid mit einem Pufferspeicher ausgestattet werden. Dieser wird im Betrieb mit so viel Wärme beladen, dass sich die Abschaltzeiten ohne spürbare Einbußen überbrücken lassen.
SG-Ready-Label gibt Aufschluss über Wärmepumpen-Technik
Ob sich eine Wärmepumpe für den Einsatz im Smart Grid eignet, verrät das SG-Ready-Label des Bundesverbandes Wärmepumpe e.V.. Dieses wird für Heizungs- und Warmwasser-Wärmepumpen vergeben, die spezielle Anforderungen an die Einbindung in ein intelligentes Netz erfüllen.
Förderung durch Zuschüsse und günstige Tarife
Erklären sich Hausbesitzer dazu bereit, die Technik im eigenen Haus zu installieren, profitieren sie im Gegenzug nicht nur vom günstigeren Wärmepumpenstrom, sondern auch von höheren Fördermitteln. So zahlt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) zum Beispiel einen Bonus von 500 Euro, wenn die Wärmepumpe im Alt- oder Neubau mit einer Einrichtung zum Lastmanagement ausgestattet ist.
Die stromerzeugende Heizung im Smart Grid
Eine stromerzeugende Heizung erzeugt nicht nur Wärme für Raumheizung oder Warmwasserbereitung, sondern auch Strom. Anders als die Wärmepumpe, die als Verbraucher in das Smart Grid integriert wird, lassen sich Blockheizkraftwerke (BHKWs) oder Brennstoffzellen somit als Energieerzeuger in das intelligente Netz einbinden.
Virtuelle Kraftwerke gleichen Schwankungen aus
Mit ihrer Funktion als stromerzeugende Heizungen übernehmen Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellen eine ganz besondere Rolle im Smart Grid. Denn da ihre Leistung kurzfristig an die Situation im Stromnetz angepasst werden kann, helfen sie, Über- und Unterangebote erneuerbarer Energien auszugleichen. Damit das möglich wird, werden viele kleine Anlagen zu einem virtuellen Kraftwerk verbunden.
IKT-Gateway verbindet BHKW und Smart Grid
Die Brücke zwischen BHKW und Smart Grid bilden dabei moderne IKT-Gateways. Darunter versteht man die Hard- und Software, mit der sich unterschiedlich arbeitende Netzwerke miteinander verbinden lassen. Sie geben dem Netzbetreiber einen Fernzugriff auf die stromerzeugende Heizung und ermöglichen so, dass deren Leistung bedarfsgerecht angepasst werden kann.
Pufferspeicher gleichen wärmeseitige Schwankungen aus
Eine stromerzeugende Heizung arbeitet immer nur dann günstig, wenn auch die mit dem Strom erzeugte Wärme einen Abnehmer findet. Da die thermische Energie im Haus jedoch nur schwankend benötigt wird, ist ein Pufferspeicher erforderlich. Dieser nimmt Überproduktionen auf und gibt die Wärme für Heizung und Warmwasserbereitung auch dann noch ab, wenn die Leistung des BHKWs zum Beispiel bei einem Überangebot an Strom aus erneuerbaren Energieanlagen heruntergefahren wird.
Photovoltaikanlagen für das Smart Grid
Eine Photovoltaikanlage gewinnt Strom aus kostenfreier Solarenergie. Das hat zwar auf den ersten Blick wenig mit der eigenen Heizung zu tun, kann diese aber deutlich günstiger und umweltfreundlicher machen. Und zwar immer dann, wenn eine Photovoltaikanlage zusammen mit einer Wärmepumpe betrieben wird. Denn dann versorgt sie nicht nur die Verbraucher im Haushalt, sondern auch die Umweltheizung mit kostenfreiem Strom.
Stromspeicher für intelligente Verwendung von Solarstrom
Ein Stromspeicher funktioniert wie eine Batterie, die überschüssigen Solarstrom aufnimmt, wenn die Sonne scheint. Ist sie längst untergegangen, kann der Speicher Energie abgeben und je nach Bedarf das Haus, die Heizung oder das öffentliche Netz mit Strom versorgen.
Elektrische Energie als Wärme speichern
Werden Photovoltaikanlage, Stromspeicher und Wärmepumpe in einem System kombiniert, lässt sich überschüssiger Strom auch in Form von Wärme speichern. Denn dabei startet eine intelligente Regelung automatisch die strombetriebene Wärmepumpe, die einen Puffer mit thermischer Energie füllt. Das kann zum Beispiel nötig werden, wenn der Stromspeicher bereits voll ist und die überschüssige Energie nicht in das öffentliche Netz eingespeist werden soll.
Zentrale Speichersteuerung im Smart Grid
Um den Anforderungen im intelligenten Netz gerecht zu werden, lassen sich Smart-Grid-fähige Stromspeicher zentral ansteuern. Auf diese Weise können Stromüberschüsse aus regionalen Netzen dezentral gespeichert und Engpässe durch gespeicherte Reserven überbrückt werden.
Ist das Smart Grid eine Frage der Sicherheit?
Bei allen Vorteilen der Smart-Grid-Technologien bemängeln Kritiker immer wieder deren Sicherheit. Dabei fürchten sie vor allem den ungewollten Zugriff durch Hacker. Diese könnten die vernetzten Energiesysteme sabotieren und hohe Schäden verursachen. Um das zu verhindern, sind Technologie übergreifende Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Werden diese nicht gewährleistet, könnte es auch in der Bevölkerung an der nötigen Akzeptanz der Technik mangeln.
