Vor welchen Herausforderungen steht das Smart Grid?

Die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität wachsen zusammen. Smart Grids machen das in Zeiten von Elektromobilität möglich. Welche Herausforderungen ein solches intelligentes Stromnetz jedoch birgt, haben wir kompakt erklärt. 

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"Das Smart Grid ist ein elektrisches Energienetz, das in intelligenter Art und Weise die Wirkung von allen an das Netz angeschlossenen Teilnehmern – Erzeuger, Verbraucher und Prosumer – mit dem Ziel einer effizienten, nachhaltigen, wirtschaftlichen und sicheren Energieeinspeisung integriert", schreiben die Springer-Autoren im Kapitel Einführung in die Elektromobilität – Kritische Infrastrukturen und Sektorenkopplung aus dem Buch Elektromobilität und Sektorenkopplung. "Als Ziel müssten alle Energieerzeuger und Energieverbraucher (plus Energiespeicher) in Zukunft miteinander kommunizieren [...]", so Springer-Autor Jürgen Kölch im Kapitel Stationärspeicher im Smart-Grid-Verbund mit gebrauchten Batterien aus E-Fahrzeugen des Buches Neue Dimensionen der Mobilität. Es sei bereits von einem "Internet der Energie" die Rede.

Im heutigen Stromnetz fließt der Strom meistens vom Erzeuger zum Verbraucher und die Verbrauchsdaten werden manuell oder elektronisch ausgelesen, erklärt Markus Löhle von HP im Artikel Qualitätssicherung – Eine Herausforderung für das vernetzte Automobil aus der ATZ 6/2012. Im Smart Grid fließen Strom und Daten in beiden Richtungen. Elektroautos sind hier nicht nur Verbraucher, sondern auch mobiler Stromspeicher. In Zeiten hoher Stromerzeugung durch erneuerbare Energien – zum Beispiel bei hohen Windstärken – kann überschüssiger Strom im Akku gespeichert werden. Bei Bedarf, etwa zu Spitzenlasten, kann dieser Strom wieder ins Netz zurückgespeist werden. Somit können Schwankungen im Stromnetz ausgeglichen werden, die vor allem bei der Produktion von Ökostrom entstehen. 

Lastmanagement, Kommunikation und IT-Security

Um die Energie- und Fahrzeugwelt zusammenzubringen, ergeben sich aber eine Fülle von Schwierigkeiten. Zunächst besteht die "Herausforderung der intelligenten Steuerung des Smart Grid [...] in der Umstellung des Energienetzes von einem System mit unidirektionalen Lastflüssen von zentralen Kraftwerken zu Erzeugern, bei dem die Erzeugung dem Verbrauch (der Last) folgt, hin zu einem System mit multidirektionalen Lastflüssen zwischen einer Vielzahl dezentraler Stromerzeugungsanlagen, bei dem die Last der Erzeugung folgt", steht im Glossar zu IT für Smart Grids. Entscheidend ist hier das Energiemanagement, das die Stromflüsse intelligent regelt, diese auf lokaler Ebene optimiert und dadurch die Netze entlastet. Dazu gehören auch die weiter auszubauenden Standards und Normen für das Testen und Validieren der Systeme, die Gewährleistung der Netzstabilität und des dynamische Ladens sowie einheitliche Kommunikationsmodelle, wie Ursel Willrett von IAV im Artikel Kommunikationssystem zur Netzintegration von Elektrofahrzeugen aus der ATZelektronik 4/2017 beschreibt. Willrett erklärt im Artikel Standards zur Umsetzung von Smart Charging aus der ATZelektronik 11/2020, auf welcher Basis leistungsfähige Smart-Grid-Anwendungen entwickelt werden können.

Damit verbunden stellen Fahrzeuge mit Smart-Grid-Anbindung auch die Qualitätssicherung beziehungsweise IT-Security vor neue, komplexe Herausforderungen. Die Integration von Auto und Netzwerk bedeutet "neue Kommunikationsvorgänge – nicht nur innerhalb des Fahrzeugs zwischen einzelnen Komponenten, sondern auch zwischen dem Fahrzeug und bisher nicht zum Automobil-Ökosystem gehörenden Parteien, etwa Energie- oder Abrechnungsdienstleistern", so HP-Experte Löhle. Diese Kommunikationsprozesse beziehungsweise die neuen, kommunikationsorientierten Komponenten gelte es zu sichern und gegen Angriffe von außen zu schützen. Diese sogenannten Embedded-Komponenten müssen in die schon existierenden Testroutinen integriert und mit ihnen verzahnt werden. Da die Komponenten immer zahlreicher werden, sieht beispielsweise IT-Spezialist HP eine steigende Bedeutung von Embedded-Tests.