Damit die Energiewende gelingen kann, müssen insbesondere auch die Stromnetze modernisiert werden. In diesem Gastbeitrag wird erklärt, welche Herausforderungen für das Netz bestehen und wie sogenannte Smart Grids mithilfe moderner Technologien dabei helfen können, diese zu überwinden.

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Der Begriff der Energiewende wurde in den frühen Achtzigerjahren geprägt und ist seitdem zu einer zentralen Herausforderung für das Überleben in einer zivilisierten Gesellschaft geworden. Jüngste Katastrophen wie die Flut im Westen Deutschlands oder die Brände am östlichen Mittelmeer zeigen, wie dringlich die Ablösung fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien ist. 

Studien und Prognosen verschiedenster staatlicher Institutionen und privater Organisation liefern dazu Erklärungsmodelle, die nur einen Schluss zulassen: Wir müssen schneller werden beim Umbau unserer Energiegewinnung, -verteilung und -nutzung sowie bei der Entsorgung von Abfallstoffen, die in diesem Zusammenhang entstehen. Wobei letzteres im Gegensatz zur Beseitigung der Rückstände fossiler oder atomarer Brennstoffe eine vergleichsweise marginale Aufgabe ist. Trotzdem liegen enorme Herausforderungen vor uns: Der Ausbau erneuerbarer Energien wie Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft, der Umbau der Strominfrastruktur, die Energiewende im Verkehr und den Privathaushalten, der Klimaschutz im Gebäudesektor, in der Wald- und Landwirtschaft – um nur die wichtigsten zu nennen.

Der Druck steigt

Allein Strom, Wärme und Verkehr sind für 46 Prozent aller Treibhausgase verantwortlich. Angesichts einer rapide wachsenden Weltbevölkerung und des gleichzeitig steigenden Pro-Kopfverbrauchs setzt das die Energieversorger weltweit enorm unter Druck. Sie sind gefordert, schneller auf erneuerbare Energie umzusteigen. 60 Prozent der Energie wird weltweit immer noch aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl oder Gas gewonnen. Auf der Klimakonferenz COP26 in Glasgow wurde der Druck zum Ausbau erneuerbarer Energien nochmal erhöht. 

Die Energiewende verändert alle Aspekte der Energiegewinnung. Es reicht eben nicht, ein Kohlekraftwerk durch einen Windpark zu ersetzen. Ein Kraftwerk arbeitet zentralisiert, mit hoher Kapazität und in der Regel 24 Stunden am Tag. Erneuerbare Energien dagegen werden dezentral gewonnen, sind nicht auf hochkapazitive Kraftwerksblöcke konzentriert und abhängig von den natürlichen Schwankungen der zentralen Energielieferanten wie Sonne, Luft oder Wasser, die nicht ständig in gleichbleibender Intensität zur Verfügung stehen, sondern wetter-, tages- oder jahreszeitbedingt variieren. Das erschwert die Kontrolle und Prognose der Energiegewinnung und die Abdeckung des volatilen Energiebedarfs, etwa bei Lastspitzen. Gleichzeitig überfordert es die Energieversorgungsnetze, deren prinzipielle Arbeitsweise bis in das 19. Jahrhundert zurückreicht. Sie sind mit der für die Verteilung erneuerbarer Energien benötigten operativen Komplexität überfordert und müssen daher dringend modernisiert und digitalisiert werden. Transformation ist also nicht nur bei der Energiegewinnung und -erzeugung nötig, sondern auch bei der Verteilung.

Die Evolution von Smart Grids

Bei der Bildung von intelligenten Stromnetzen, sogenannten Smart Grids, kommen unter anderem digitale Technologien wie Advanced Distribution Management Systems (ADMS) zum Einsatz. ADMS optimiert die Performance der Verteilernetze und steuert gleichzeitig automatisiert die Umspannwerke und -stationen. Dadurch wird es möglich, den jeweils aktuellen Energiebedarf mit den zur Verfügung stehenden verteilten Energieressourcen wie Sonne oder Wind zu decken. Voraussetzung dafür ist eine sichere und resiliente IT-Infrastruktur mit modernen Server- und Storage-Systemen sowie die Nutzung von Edge Computing und schnellen 5G-Netzen für geringe Latenzzeiten. Der Einsatz Künstlicher Intelligenz hilft dabei, Energiegewinnung und Energiebedarf vorausschauend und damit besser auszubalancieren.

Auf Basis dieser Infrastruktur können im nächsten Schritt industrielle wie private Verbraucher in die Smart Grids integriert werden, um Erzeugung und Verbrauch noch besser aufeinander abzustimmen. Industrieanlagen und Haushalte sind damit in der Lage, Verbrauchsspitzen bewusst zu steuern – oder steuern zu lassen. Die gefüllte Waschmaschine schaltet sich dann beispielsweise automatisch an, wenn das Energienetz Überschuss meldet. Noch weiter gedacht ist dies bei Smart Cities, mit Smart Metering und vernetztem Gebäude-, Verkehrs- und Beleuchtungs-Management, in denen all diese singulären Aktionen und Reaktionen koordiniert und konzertiert werden. Die Technologien zur Umsetzung dieser anspruchsvollen und dringend notwendigen Projekte sind vorhanden. Sie können und müssen genutzt werden.