Smart Grids: So werden Stromnetze intelligent

Technologie

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Datum 26.02.2021
Lesezeit 5 Min.

Smart Grids: So werden Stromnetze intelligent

Digitale Technologien sind nicht nur der Schlüssel für den Erfolg der Energiewende, sondern auch für jedes wirtschaftlich effiziente und nachhaltige Handeln. Intelligente Energienetze stellen dank Internet of Things (IoT) den Strom genau dort zur Verfügung, wo er gerade benötigt wird.

Was braucht es, um energieeffizient und nachhaltig wirtschaften zu können? Zum einen Kontrolle über den eigenen Energieverbrauch, zum anderen Flexibilität, um auf Preis- und Angebots-Schwankungen des Strommarktes reagieren zu können. Mehr als die Hälfte der Deutschen wünscht, dass Bund und Länder im kommenden Jahr ihren Fokus in der Klimapolitik auf den Ausbau der erneuerbaren Energien legen. Doch wie lässt sich vor dem Hintergrund der Energiewende eine flexible, klimafreundliche und hocheffiziente Versorgungssicherheit umsetzen?

Das Internet der Dinge sorgt für zukunftssichere Netze

Immer mehr Privathaushalte, aber auch Unternehmen produzieren ihre Energie bereits mittels Photovoltaikanlage (PV) oder Blockheizkraftwerk selbst. Rund sieben Prozent der Bruttostromerzeugung in Deutschland erfolgte 2020 über PV-Anlagen. Im Jahresmittel wird fast die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Energien wie Windkraft, Wasser und PV gewonnen.

Durch die Einspeisung des grünen Stroms ins öffentliche Netz leisten die Erzeuger einen aktiven Beitrag zum Gelingen der Energiewende. Doch die dezentrale Produktion durch immer mehr Kleinanlagen stellt das Versorgungssystem auch vor neue Herausforderungen. Erneuerbare Energieträger liefern in der Regel nicht so gleichmäßig Strom, wie dies sogenannte Grundlastkraftwerke leisten. Zudem fehlen große Speicherlösungen, um Schwankungen bei Nachfrage und Produktion in Einklang zu bringen.

Um die Erzeugung, Verteilung, Speicherung sowie den Verbrauch optimal aufeinander abstimmen zu können, braucht es daher eine intelligente Vernetzung aller Komponenten. Hiermit sind nicht nur Energieunternehmen als Großerzeuger gemeint, sondern gerade auch Kleinerzeuger und kleine Nachfrager, die in Summe durch intelligente Regelungssysteme ganz erheblich zum Gelingen der Energiewende beitragen können. Eine leistungsstarke Infrastruktur und IoT-Lösungen sind dabei der Schlüssel für die effiziente Nutzung regenerativer Energien. Mit smarten Systemen können alle Aspekte des Energiemanagements miteinander verknüpft werden.

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Energy Monitoring: Mehr Transparenz für eine optimierte Energienutzung

Auf Verbraucherebene sieht eine smarte Steuerung so aus: Durch intelligente Zähler (Smart Meter) werden kontinuierlich Daten zum Energieverbrauch, der -Nutzung und den zugeführten Strommengen erfasst. Diese Werte werden über eine cloudbasierte IoT-Plattform visualisiert und ausgewertet. So können Unternehmer, Immobilienbesitzer oder auch Mieter jederzeit ihren Strombedarf, die Verbrauchs- und Kostenentwicklung einsehen, um das Nutzungsverhalten zu optimieren. Zugleich können sie die Einspeisung, Speicherung und Verteilung selbsterzeugter Energie über ein Online-Portal ganz nach Bedarf koordinieren. Dabei stellt das System den Strom immer genau dort zur Verfügung, wo er gerade benötigt wird. Das hilft dann wiederum, den Gesamtverbrauch und die Kosten zu reduzieren. Bis 2032 sollen deshalb nach Plänen der Bundesregierung alle „älteren” Stromzähler in Deutschland durch Smart Meter ersetzt sein.

YouTube / Agentur für Erneuerbare Energien e.V.

 

Das vernetzte Elektro-Auto als mobiler Energiespeicher in der Welt des IoT

Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektro- und Hybridfahrzeugen werden diese Autos auch als Stromspeicher interessant – sogenannte bidirektionale Ladesysteme, die in zwei Richtungen funktionieren, machen es möglich. Nicht nur Besitzer einer PV-Anlage könnten ihr Elektro-Fahrzeug schon bald als Zwischenspeicher zum Ausgleich von Energiespitzen nutzen („Vehicle-to-Grid“ und „Vehicle-to-Home“). Denkbar wäre auch, dass ein Arbeitgeber zukünftig seine Mitarbeiter dafür bezahlt, dass sie ihm ihren elektrisch angetriebenen Firmenwagen oder das private E-Auto am Arbeitsplatz stundenweise als Energie-Zwischenspeicher zur Verfügung stellen. Damit kann der Arbeitgeber vom Mitarbeiter Strom erwerben, den dieser zu Hause mit seiner PV-Anlage erzeugt hat. Der Mitarbeiter gibt den Strom dabei zu einem höheren Preis ab, als er dies mit Überschussstrom bei normaler Netzeinspeisung tut.

 

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Im Fahrzeug des Mitarbeiters verbleibt dabei jederzeit so viel Strom, dass die Fahrt nach Hause inklusive einer Sicherheitsreserve problemlos möglich ist. Die Speicherkapazität des Fahrzeuges, die tagsüber zur Verstetigung des Firmenverbrauchs genutzt wird, vermietet der Mitarbeiter gewissermaßen an seinen Arbeitgeber. So könnten Unternehmen ihren Strom leichter selbst regenerativ herstellen oder genau dann zukaufen, wenn dieser an der Strombörse gerade besonders günstig ist. Diesen Kostenvorteil würden sie sich mit ihren Mitarbeitern teilen – so können diese mit ihrem Auto Geld verdienen, während es am Arbeitsort ungenutzt parkt. Und wenn doch mal unterwegs Strom getankt werden soll? MitVodafone M2M und ubitricity könnte das schon bald an jeder Straßenlaterne möglich sein.

YouTube / ADAC

 

Automatisierte Verteilung: Maximum an Effizienz und Flexibilität

Weitere Einsparungen lassen sich durch die automatisierte Überwachung und Steuerung des Systems erreichen. Dafür können zum Beispiel die Solarzellen auf dem Dach mit energieverbrauchenden Geräten im Smart Building oder am IT-Arbeitsplatz verbunden werden. So lässt sich der selbsterzeugte Strom ohne Verluste auf die Wärmepumpe im Keller, auf vernetzte Speichersysteme oder auch Ladestationen für Elektroautos verteilen. Immerhin haben E-Autos und Hybride bereits jetzt einen Marktanteil von 21 Prozent bei den Neuzulassungen in Deutschland und die Installation von Wallboxen wird aktuell (Stand: Juni 2021) vom Staat mit bis zu 900 Euro gefördert.

Das System analysiert dabei automatisch Verbrauchsmuster sowie den Bedarf. Es entscheidet selbständig, ob die erzeugte Energie vor Ort genutzt werden soll oder ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden kann. Das Energiemanagement für die betriebliche Produktion passt sich so optimal an das schwankende Netzangebot an.

Auch viele Geräte in Privathaushalten wie Waschmaschinen, Spülmaschinen oder Trockner können schon heute per eingebautem Timer oder vernetzt gestartet werden, wenn tagsüber die Eigenstrom-Erzeugung läuft. Im gewerblichen Bereich bietet die cloudvernetzte  sogenannte Smart Kitchen ein eindrucksvolles Beispiel.

Sieben von zehn Konsumenten in Deutschland verwenden bereits heute mindestens ein Endgerät aus der Welt des IoT, hat das Beratungsunternehmen Deloitte festgestellt. Der nächste Schritt könnte es sein, diese zu einer virtuellen IoT-Wolke der Energieverbraucher zusammenzufassen. Sie würden sich dann per Funk gegenseitig informieren, wann sie besonders günstig Strom verbrauchen können oder umgekehrt gerade keinen nutzen sollten. Seit Ende 2016 hat Vodafone deshalb über 36.000 SIM-Karten für IoT-Geräte ausgeliefert, die etwa Solar-Home-Systeme über das weltweite Mobilfunknetz verbinden.

Digitale Technologien für die kommunikative Vernetzung von Systemkomponenten werden im Energiesektor immer mehr disruptive Innovationen hervorbringen, die den Weg für das Smart Grid der Zukunft ebnen. Damit bieten sich nicht nur neue Geschäftsmodelle, sondern auch Wettbewerbsvorteile für etablierte, moderne Firmen, die ebenso flexibel wie effizient auf Markt- und Umweltveränderungen reagieren müssen.

 

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