Smart Grids Intelligente Stromnetze der Zukunft

Strom entwickelt sich allmählich zu einer kostbaren Ressource. So ist es nicht verwunderlich, dass sich die Verwaltung und Steuerung von Stromnetzen sogenannten Smart Grids zu einem lukrativen Zukunftsmarkt für die IT-Industrie mausert. Für die Endnutzer versprechen Smart Grids eine effizientere Energienutzung und niedrigere Strompreise. Gerade mit der Verbreitung dezentraler Energieerzeugungsanlagen wie etwa Windkraft, Photovoltaik oder Biogas sollte die Nachfrage nach Smart-Grid-Lösungen beziehungsweise entsprechender Technologien steigen.

So könnten zum Beispiel digitale Stromzähler die dringend benötigten Daten für die zeitnahe Nachfrage und das aktuelle Angebot an Energie liefern. Aus diesen Informationen ließen sich neuartige Tarifmodelle für Endverbraucher errechnen. Der Konsument hätte dann die Möglichkeit, Nutzungsverträge gemäß seiner Gewohnheiten und Bedürfnisse abzuschließen. Im Bereich Lastenmanagement könnten ebenfalls neue Wege beschritten werden, um Kosten und Schadstoffe für die Energiegewinnung zu reduzieren

Dem Smart-Grid-Konzept folgende wird in Echtzeit berechnet, wie viel Energie wo und wann entsteht und wie sie am besten gebraucht oder gespeichert wird. Dieser Ansatz ermöglicht es, die ständigen Schwankungen zwischen Angebot und Nachfrage an elektrischer Energie zu regulieren.

Hier liegt ein Vergleich zum Cloud-Ansatz der IT nahe, bei dem es unter anderem ja ebenfalls darum geht, Spitzenlasten im Rechenzentrum (RZ) abzufangen und auf andere Data Center zu verteilen. Unsere Schwesterpublikation Computerwoche befragte Manager aus der IT-, der TK- und der Energiewirtschaft dazu, welche Auswirkungen Smart Grids haben und wie Unternehmen davon profitieren können.

Martin Böttner, Echolon: Smart Grids verändern Stromnetze nachhaltig

"Smart Grids werden die Stromnetze hinsichtlich Qualität und Effizienz sowie Administrierbarkeit durch den Energieerzeuger nachhaltig verändern. Die enorme Herausforderung für Smart Grids liegt allerdings in der Einbindung vorhandener Geräte, Gebäude und Anlagen sowie der Zukunftssicherheit und Skalierbarkeit dieser Netze. Bereits heute existieren Lösungen, mit denen sich jeder Betreiber und Hersteller elektronischer Geräte oder Gebäude auf einfache Art und Weise in ein Micro Smart Grid einbinden kann. Darunter verstehen wir das intelligente Stromnetz in der Nachbarschaft. Unsere Plattform ermöglicht beispielsweise den Zugriff über Apps, die auf dem Mobiltelefon hinterlegt sind.

Das Smart Grid stellt ein enormes Wachstumspotenzial für Unternehmen dar. Ähnlich dem Internet oder den Apps für das iPhone können sich neue Dienstleistungen etablieren und Mehrwerte geschaffen werden. Ein höchstinteressantes Beispiel ist das Energie-Benchmarking, bei dem die Energieeffizienz von Liegenschaften verglichen wird. Derzeit werden in großem Maßstab Energie-Monitoring-Lösungen evaluiert. Diese bilden den ersten Schritt hin zu mehr Transparenz beim Energieverbrauch und zum Energie-Benchmarking.

McDonald’s hat beispielsweise bereits alle Lieferanten von Küchengeräten angewiesen, ihre Produkte auf Basis unserer Technik kommunikationsfähig zu machen, um damit die Grundlage für die Integration in das Smart Grid und Demand-Response-Konzepte zu schaffen."

Gabriele Riedmann de Trinidad, Deutsche Telekom: Es wird Hunderte von Smart Grids geben

"In einigen Jahrzehnten werden wir mit Smart Grids in der Lage sein, unseren Energiebedarf fast ausschließlich aus erneuerbaren Energien zu decken. Und damit meine ich nicht nur den Strom für Haushalte und Unternehmen, sondern auch die Energie, die wir für unsere Mobilität benötigen. Die Speichertechniken werden so weit entwickelt sein, dass es einen ständigen Stromfluss von Produzenten und Speichern zu Konsumenten gibt - wobei viele Konsumenten auch gleichzeitig Produzenten sein werden.

Dieses Szenario mag futuristisch klingen - aber wir müssen heute anfangen, die Technik von morgen zu entwickeln. Ein Smart Grid wird kein in sich geschlossenes einzigartiges System sein, sondern es wird Hunderte Smart Grids geben. Dieses Stromnetz wird auch mit anderen Netzen kommunizieren - beispielsweise den vernetzten Häusern. Experten sind sich einig, dass Digitalisierung und Vernetzung in allen Lebensbereichen zunehmen werden. Schon bald wird es zum Alltag gehören, aus dem Auto heraus daheim die Heizung einzustellen oder die Jalousien herunterzulassen."

Bernd Grohmann, eQ-3: Herausforderung ist die fehlende Standardisierung

"Smart-Grid-Lösungen sind notwendig, um auch bei massivem Einsatz erneuerbarer Energien eine zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen. So werden Smart Grids eine ,Mikroerzeugung’ von Strom überhaupt erst in makroökonomischen Dimensionen beherrschbar machen. In der Öffentlichkeit werden viele Szenarien im Kontext diskutiert, wie Elektronikgeräte im Haushalt künftig mit den Smart Grids interagieren. Für Gerätehersteller entsteht so mittelfristig die Notwendigkeit, sich mit der Smart-Grid-Integration zu beschäftigen. Allerdings bleibt anzumerken: Viele heute publizierte Szenarien sind unrealistisch, weil entweder der Nutzen in der Praxis zu gering wäre oder - was noch häufiger vorkommt - kaum mit Akzeptanz der Anwender zu rechnen ist.

Primär ist Smart Grid ein Thema der Energieerzeuger, das sich aber sehr wohl auch auf andere Branchen auswirken wird. Der Bereich IT und Kommunikation wird von den Milliardenvolumen der Investitionen für Smart Grid profitieren. Den Effekt für die Hersteller von ,weißer Ware’ halten wir aufgrund der langen Beschaffungszeiträume eher für gering. Generell wird der Effekt von Smart Grids auf Gerätehersteller im privaten und gewerblichen Bereich stark von der Gestaltung neuer Stromtarife abhängen. Eine weitere Herausforderung ist die fehlende Standardisierung. Noch schwerer wiegt jedoch die Tatsache, dass die Anforderungen an das Smart Grid, dessen Architektur sowie an Systeme und Protokolle in Smart Grid keinesfalls als ausreichend definiert gelten können. So mutet es schon fast verblüffend an, wenn bestimmte Techniken sich selbst als ,Gewinner’ oder ,Standard’ in Smart Grid deklarieren."

Frank Knauer, HP: von der Telekommunikation lernen

"Beim Smart Metering installieren Netzbetreiber und Versorger Millionen intelligente Zähler und müssen dann gewaltige Datenmengen verarbeiten. Doch die Einführung gestaltet sich häufig aufwendiger als ursprünglich gedacht. Die Lösung ist jenseits der Branchengrenze zu finden: Mobilfunkanbieter haben bereits seit Jahren Infrastrukturen in Betrieb, die auf standardisierten Prozessen und Techniken basieren, die einer Advanced-Meter-Infrastruktur (AMI) entsprechen.

Die Parallelen zu dieser Branche sind offensichtlich: Energie- wie Telekommunikationsanbieter verwalten Netze, die für Millionen von Geräten ausgelegt sind. Beide Branchen müssen diese überwachen, den Verbrauch auslesen, Services aktivieren, wechselnde Tarife übertragen und Daten in vielerlei Hinsicht auswerten sowie ihren Verbrauchern bereitstellen. Und beide Branchen benötigen aufgrund fehlender IP-Adressierung eine Spezialsoftware, um die Geräte in ihre IT-Landschaft einzubinden. Deshalb können Versorger die Telekommunikationslösungen fast eins zu eins übernehmen."

Toralv Dirro, McAfee: Smart Grids - neues Ziel für Würmer und Viren?

"Mit der Einführung von Smart Grids ergeben sich große Herausforderungen an die Sicherheit aller Komponenten im System und die Vertraulichkeit der Kundendaten. Schon beim Design muss der Sicherheitsaspekt berücksichtigt werden, denn schließlich könnte das Versagen einzelner Komponenten zum Zusammenbruch des ganzen Stromnetzes führen.

Wie so ein Versagen in der Realität aussehen könnte, hat Mike Davis auf der Sicherheitskonferenz Black Hat gezeigt: Durch Sicherheitslücken in einem Kontrollgerät, einem Smart Meter, kann ein Angreifer dieses übernehmen. Sogar die Simulation eines Wurmes, der sich automatisch verbreitet, wurde gezeigt. Um ein derartiges Horrorszenario zu verhindern, wird derzeit viel Mühe in Pläne zur Absicherung gesteckt. Es bleibt nur zu hoffen, dass diese bei der Umsetzung dann nicht kurzfristigem Spareifer zum Opfer fallen."

Michael Spreng, Cirquent: weit größer als das Internet

"Intelligente Energienetze - ein Thema der Energiewirtschaft? Richtig ist: Smart Grids werden Grundbausteine für eine effizientere Energiewirtschaft. Energieversorger stehen vor einer Aufgabe, wie sie Telecom-Unternehmen beim Netzausbau für Internet und Mobilfunk zu meistern hatten.

Doch die Bedeutung von Smart Grids geht über die Energiewirtschaft hinaus. Das Internet erreicht derzeit im Mittel kaum mehr als zwei bis vier Computer oder Smartphones pro Haushalt. Smart Grids werden weit größer sein: Pro Haushalt werden 20, 30 oder mehr elektrische Geräte und Anlagen erreicht, erfasst und gesteuert werden.

Dabei wird die Entwicklung der Smart Grids explosionsartig verlaufen - ähnlich wie bei Internet und Mobilfunk. Die Hardware etwa einer Gefriertruhe differenziert nicht - es werden deren Vernetzung und die verbundenen Services sein. Unternehmen, die ein Gerät mit Stromstecker herstellen, sollten sich deshalb vorbereiten."

Matthias von Bechtolsheim, Arthur D. Little: Demokratisierung der Energiewirtschaft

"Smart Grids haben einen dreifachen Nutzen: Sie helfen zunächst, Energie einzusparen ('Energieeffizienz'). Durch 'Smart-Home'- beziehungsweise 'Smart-Building'-Lösungen wird eine intelligente Überwachung und Steuerung von Heizung, Klimaanlagen und Beleuchtung möglich. Damit wird nur so viel Energie verbraucht wie notwendig. Zusätzlicher Komforteffekt: Man kann das 'Smart Home' via Handy oder Smartphone fernsteuern und wird über Ereignisse wie den Ausfall einer Heizung sofort informiert. Dazu muss der von den Energieversorgern künftig zu installierende Smart Meter zu einem Energie-Management-System ausgebaut werden.

Smart Grids erlauben zudem, das schwankende Stromangebot erneuerbarer Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik effektiver zu nutzen (Lastausgleich). Wichtigste Bausteine des Smart Grids bei der Ausbalancierung von Stromangebot und -nachfrage werden das 'Lastmanagement' sowie die 'virtuellen Kraftwerke' sein. Beim Lastmanagement wird die Nachfrage nach Strom an die Zeiten des hohen Stromangebots angepasst: Wenn also der Wind besonders stark weht, wird ein Kühlhaus besonders tief heruntergekühlt, dafür wird die Kühlung bei geringem Windangebot zeitversetzt.

Virtuelle Kraftwerke steuern mehrere dezentrale Stromerzeuger wie KWK (Kraft-Wärme-Kopplung)-Anlagen, Photovoltaikanlagen, Windräder oder Laufwasserkraft so, dass ein stabiles Stromangebot (Bandenergie) entsteht. Der Ökostrom- und Gasanbieter Lichtblick startet mit dem "ZuhauseKraftwerk" einen solchen virtuellen Kraftwerksverbund aus zahlreichen Mikro-KWK-Anlagen.

Unternehmen profitieren durch Smart Grid im Wesentlichen über die Energieeinsparungen sowie über positive Effekte für ihr Nachhaltigkeitsimage. Maßnahmen zur Steigerungen der Energieeffizienz, etwa durch 'Smart Building', schlagen sich in direkten Kosteneinsparungen nieder. Viele Unternehmen können damit aber auch die Nachhaltigkeit ihres Tuns glaubhaft demonstrieren. So ist es für IT-Dienstleister im Internet wichtig, ihren Usern saubere und nachhaltige Klicks zu bieten. Das Clean Datacenter, betrieben mit Strom aus Brennstoffzellen, die Wasserstoff aus Wind- und Solarenergie nutzen ('H2BZ'), kann sich langfristig zu einer Killerapplikation im Smart Grid entwickeln, indem der klassische 'Notstromdiesel' durch H2BZ ersetzt wird.

Letztlich ist Smart Grid die Voraussetzung zur 'Demokratisierung' der Energieversorgung. Verbraucher, private Haushalte wie auch Unternehmen werden zu Energieproduzenten (Prosumer). Zudem entstehen neue Energiedienstleister, die sich auf spezielle Anwendungen im Smart Grid konzentrieren. So hat die Deutsche Telekom Smart Grid bereits als Wachstumsbereich ausgemacht, es ist Teil der "Strategie 2.0". Ein Kampf um den Endkunden steht bevor: Wer dem Kunden IT, TK und Smart Meter aus einer Hand liefern kann, bestimmt die Kundenbeziehung und wird dem Kunden dann auch den Strom sowie zusätzliche Dienstleistungen liefern.

Technische Lösungen wie Smart Meters sind derzeit für eine technikaffine Minderheit interessant. Dagegen sind Energieeinsparangebote als ,selbstfinanzierende Full-Service-Pakete’ klar, einfach und verständlich. Sie dürften deshalb einen breiteren Teil der Bevölkerung ansprechen."

Lars Weber, E.ON Metering: Die gesetzlichen Rahmenbedingungen fehlen

"Gemessen an den Publikationen und Veranstaltungen zu Smart Metern kann man wohl von einem Hype sprechen. Natürlich beflügeln die technischen Möglichkeiten durch Smart Meter die Fantasie der Netzbetreiber, Lieferanten und Kunden. Noch ist jedoch unklar, welche gesetzlichen Rahmenbedingungen in der Praxis Anwendung finden werden. Daran wird sich letztlich aber der technische Standard orientieren. Fällt dieser eher bescheiden aus, werden viele jetzt diskutierte Möglichkeiten so nicht realisierbar sein.

Smart Meter nur als Hype zu sehen wäre jedoch zu kurz gegriffen. Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft sehen wir die Smart Meter mit den dazugehörigen Systemen und Prozessen als notwendige Voraussetzung. Nur durch sie wird es gelingen, variable Tarife und die dezentrale Erzeugung in das Energieversorgungssystem zu integrieren und damit Einspeisung und Verbrauch optimal zu synchronisieren. Eine Energiewirtschaft 2.0 ist ohne Smart Meter nicht denkbar."

Dirk Pfefferle, Verizon Business: keine Zukunft ohne intelligente Stromnetze

"Der Nachhaltigkeitsgedanke moderner Geschäftsmodelle erfordert innovative Ansätze beim Energieverbrauch. Für Firmen- und Privatkunden erfindet sich die Energiebranche quasi neu; intelligente Stromnetze sind daran wesentlich beteiligt. Damit sich Smart Grids umsetzen lassen, müssen zahlreiche Voraussetzungen erfüllt sein: von enormem Planungsaufwand über Inbetriebnahme neuer Telekommunikationsnetze und Datenverwaltungsmodelle sowie innovative Konzepte für die Netzsicherheit bis hin zur Aktualisierung der Geschäftsprozesse der Energiewirtschaft.

Größte Herausforderung ist die Finanzierung und die Frage, wie man die Verbraucher überzeugt - beides hängt zusammen. Der Nutzen intelligenter Stromnetze für Gemeinwesen und Versorger ist klar: Am meisten profitiert die Umwelt. Der Verbraucher will zudem greifbare Vorteile, etwa eine niedrigere Stromrechnung. Doch dies ist eher der zweite Schritt, denn die Investitionen in Smart Grids dominieren zunächst das Bild.

Jeder verbraucht Strom, deshalb ist das Tempo, mit dem intelligente Stromnetze realisiert werden, ein Thema, das jeden angeht - nicht nur die Energieproduzenten."

Sepp Lausch, Juniper Networks: Der Aufbau ist ein Mammutaufgabe

"Smart Grid ist ein Großprojekt, das in Umfang und Dauer vielleicht mit der Etablierung des Internets vergleichbar ist. Dementsprechend hohe Anforderungen werden auch an die Technik gestellt: Aufgrund der Vielzahl an Geräten, Generatoren, Zwischenstationen, Überwachungs- und Kontrollzentren, die alle miteinander interagieren, muss das Netz Interoperabilität und Offenheit bieten, gerüstet sein für Erweiterungen und enorme Belastungen, aber auch resistent gegenüber Cyber-Attacken. Da die Folgen einer eventuellen Unterbrechung der Stromversorgung sehr schwerwiegend sein können, haben die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Netzes die höchste Priorität. Entsprechende Erfahrungen haben Netzhersteller bereits im Umgang mit Technologien wie IP und MPLS gesammelt."

Ed Davalos, AT&T: Smart Grids brauchen intelligente TK-Netze

"Die Diskussionen über Smart Grids beschränken sich häufig auf Stromnetze und Stromversorgungsunternehmen. Dabei stammt die Technik, die die Netze 'intelligent' macht, aus der TK-Branche. Erst in Kombination mit einer Advanced-Metering-Infrastruktur (AMI) entstehen intelligente Stromnetze, die den Verbrauch einzelner Geräte autark an den Zeitpunkt koppeln, zu dem die meiste Energie im Netz vorhanden ist. Die AMI basiert auf automatisierten Kommunikationslösungen, die in Echtzeit Daten zwischen den Stromversorgern und den einzelnen Verbrauchern über Wireless-Netze übertragen.

Für die Daten muss darüber hinaus eine ausreichende Kapazität gewährleistet sein. Um der steigenden Nachfrage nachzukommen, skalieren Carrier zudem ihre Kapazitäten. Allein wir haben 2009 rund 18 Milliarden Dollar in den Ausbau unserer Netze investiert. Smart Metering ist der erste Schritt zum Smart Grid. Wir entwickeln bereits weitere Anwendungen, die Smart Grids noch 'intelligenter' gestalten."

Davalos Kollege Ed Amoroso, CSO bei AT&T, äußert sich in diesem Video ebenfalls zum Thema Smart Grids:

Richard Hausmann, Siemens: intelligente Netze ohne Komforteinbuße

"Eine wachsende Bevölkerung, die Weiterentwicklung von Schwellenländern sowie neue Anwendungsbereiche für Strom tragen weltweit zu einem steigenden Verbrauch bei. Dazu kommt der Ausbau der stark schwankenden erneuerbaren Energien. Es ist an der Zeit, die Stromnetze gründlich zu optimieren - denn ein ,intelligentes’ Netz kann die nötigen milliardenschweren Investitionen deutlich reduzieren. Derzeit sind die Netze auf den Spitzenverbrauch am Tage ausgelegt und nachts nur gering ausgelastet. Gelingt es uns, den Energieverbrauch gleichmäßiger zu gestalten, können die Stromnetze effizienter dimensioniert werden.

Das Smart Grid braucht Anwendungen, die wir mit unserer Erfahrung über die gesamte Energiekette mitgestalten wollen - für intelligente Netze ohne Komforteinbuße. Wir haben deshalb das Konzernprojekt ,Smart Grid Applications’ ins Leben gerufen, dessen Leiter ich bin. Akkus von Elektroautos können in nur einer Stunde geladen werden, und dem Fahrer ist es egal, um welche Uhrzeit dies nachts geschieht. Intelligente Steuersysteme werden den optimalen Ladezeitraum ermitteln. Viele weitere Geräte kommen als Smart-Grid-Lösungen infrage wie Wärmepumpen, elektrische Warmwasserboiler und Nachtspeicherheizungen sowie Kühl- und Gefrierschränke. Wann diese Strom verbrauchen, ist dem Besitzer gleichgültig, Hauptsache, er hat warmes Wasser, die Heizung hält das Haus warm und die Lebensmittel bleiben kühl. (hal)

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag unserer Schwesterpublikation Computerwoche.