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Wird das Stromsystem in einzelne Zellen aufgeteilt, entstehen Micro Grids, die zwar voneinander unabhängig sind, aber bei Bedarf Energie austauschen können. Bild: iStockphoto/Polina Shuvaeva
Micro Grids

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Auf zum zellulären Energiesystem

Text: Thomas Walter, Easy Smart Grid
Die Einführung von Micro Grids kann die Energiewende beschleunigen und für mehr Flexibilität sorgen. Eine neue Methode zur Übertragung und Interpretation des Strompreises über die Netzfrequenz soll sie fit für den Energiehandel machen.

Das Energiesystem befindet sich im Umbau. Die Dekarbonisierung betrifft laut einer Analyse von Bloomberg New Energy Finance die Gas-, Öl- und Kohleunternehmen mit einem Börsenwert von fünf Billionen Dollar (2014). Deren Wertschöpfung bei Strom, Wärme und Mobilität wird also neu verteilt. Deutschland als Exportweltmeister und Erfinder der Energiewende hat dabei mit intelligenten Lösungen attraktive Chancen. Es müssten aber nachhaltige Geschäftsmodelle entwickelt werden, um die Herausforderungen des Umbaus zu meistern. Doch das Energiesystem ist kompliziert, und Mythen überdecken oft die Fakten.

Eine dieser Mythen heißt „Wo wir sind ist vorne“. Deutschland hat zwar den Atomausstieg beschlossen und Photovoltaik wettbewerbsfähig gemacht. Auf anderen Gebieten liegt die Bundesrepublik jedoch zurück: etwa bei Wärmenetzen, Wärmepumpen, Micro Grids oder Elektromobilität. Es ist klar, dass eine gänzlich andere Regulierung nötig ist, an der andernorts bereits gearbeitet wird. Ähnliches gilt für das Statement „Wir haben alles im Griff“. Erneuerbare liefern bereits ein Drittel des Stroms. Es ist aber ihre Volatilität, die einen weiteren Zubau behindert, nicht die Kosten. Notwendige Geschäftsmodelle für einen flexiblen Verbrauch erfordern ein neues Marktdesign. Doch die Überlegungen dazu beginnen gerade erst. Das ist eine Bremse für den effizienten Netzumbau und einen erhofften Cleantech-Export.

Stromnetz in kleine Netze aufteilen

Mit den richtigen Methoden statt alter Mythen könnten schon heute einfache und effiziente Lösungen mit hohem Mehrwertpotential geschaffen werden. Stromnetze können keine Energie speichern. Flexibilität wird also benötigt, hat aber kein attraktives Geschäftsmodell. Liegenschaften und Industrieareale, Schiffe oder Inseln können daher als Micro Grids dienen. Das sind weitgehend voneinander unabhängige regionale Netze, die nach Bedarf Energie austauschen können. Dieser Ansatz kann schneller umgesetzt werden als der Umbau des öffentlichen Stromnetzes. Ein zunächst auf Privatkunden skalierbares Geschäftsmodell für Flexibilität lässt sich dann ausweiten, sobald das Stromsystem „zellulär“, also in Micro Grids zerlegt, wird. Dies ist in der Telekommunikation bereits vor 25 Jahren geschehen.

Bewährte Regeln und Methoden aus dem Innovationsmanagement helfen bei Überwindung der Mythen und der erfolgreichen Umsetzung der Energiewende. Weil sie disruptiv ist, müssen Ziel und Weg dorthin besser zusammenspielen. Die Erzeugung wird dem Verbrauch nicht folgen, sondern ihn stattdessen beeinflussen, und viele kleine Erzeuger agieren anstelle weniger Großer. Es sind also Sprunginnovationen statt kleiner Schritte gefragt. Zuerst gilt es, das Ziel zu beschreiben, nämlich ein Energiesystem basierend auf Sonne und Wind. Danach kann der Weg dorthin dargestellt werden. Die zweite Methode betrifft das Risikomanagement. In jedem Innovationsschritt wird Geld eingesetzt, um bestehende Risiken zu reduzieren. Die Kunst besteht darin, hohe Risiken früh zu adressieren und kostspielige Umwege zu vermeiden. Neu an Smart Grids wird das Zusammenwirken vieler kleiner flexibler Akteure sein zu Kosten, die tausendmal niedriger sein müssen als heute (also Kilowatt statt Megawatt beeinflussen). Daraus folgt, dass der Schwerpunkt der Entwicklung auf einem zukünftigem Flexibilitätssystem liegen muss und dessen Leistung, Kosten, Robustheit, Cybersicherheit, Datenschutz und Beherrschbarkeit.

Dann kann der Systementwurf in Angriff genommen werden. Erster Schritt bei der Entwicklung komplexer Systeme ist die Zerlegung in Teilsysteme mit einfachen Schnittstellen. Bei der Energiewende gelingt das nicht, wenn Akteure ihre bislang bestehenden Rollen behalten: Übertragungsnetzbetreiber sind für Kurzzeitbalance verantwortlich, haben aber kaum Kontakt zu deren zukünftigen Lieferanten – den Endkunden. Verteilnetzbetreiber haben zwar diesen Kontakt, sind aber für Flexibilität nicht zuständig. Das Ergebnis sind ineffiziente Lösungen mit Smart Metern, und Diskussionen, wer was bezahlen muss und wer welche Daten nutzen darf. Also muss es einen Systementwurf auf Basis für erneuerbare Energien optimierter Micro Grids geben.

Bevor allerdings eine Implementierung erfolgen kann, müssen erst gewisse Anforderungen erfüllt werden. Dies lässt sich gut am Prozessmanagement zeigen. Es beginnt mit der Vereinfachung und Verschlankung gewachsener Prozesse. Auch Produktentwicklung beginnt nicht mit der technischen Lösung, sondern mit der Definition von Kunde und Mehrwert. Nun würde wohl niemand behaupten, dass Smart Meter auf schlanken Prozessen und günstigerer Technik beruhen und sie die Flexibilität der Kunden effizient nutzen könnten. Hier kommt das Unternehmen Easy Smart Grid ins Spiel. Das Start-Up konzentriert sich auf das Energiemanagement in Micro Grids und entwickelt Lösungen mit industrieüblichen Innovationsprozessen. Dabei beachtet das Unternehmen das Zusammenwirken aller Teile des Energiesystems.

Easy Smart Grid unterscheidet sich auf zweierlei Weise von konventionellem Energiemanagement: Entscheidungen werden dezentral beim Netzteilnehmer getroffen. So werden lokale Bedingungen berücksichtigt und sensible Daten nicht übertragen. Da sich das Management auf jederzeitigen Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch beschränkt, benötigt es nur den jeweiligen Saldo im Netzgebiet, nicht aber von jedem einzelnen Netzteilnehmer. Mit dem sogenannten Balance-Indikator für Energieknappheit oder -überschuss kann die verfügbare Energie leicht ermittelt, angezeigt und übertragen werden. Er dient Netzteilnehmern im Micro Grid als Regelgröße, über die ein Smart Controller entscheidet, wann Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden.

Dabei werden auch Wetterprognosen oder historische Daten genutzt. Gegebenenfalls kann der Balance-Indikator als variabler Preis zur Abrechnung genutzt werden. Er bildet quasi ein Preissignal für einen Echtzeit-Markt für Energie. In isolierten Netzen kann man dafür den Stand der Netzfrequenz verwenden, was zusätzliche Vorteile erlaubt: Echtzeitausgleich von Erzeugung und Verbrauch mit hoher Resilienz, Cybersicherheit und geringsten Kosten. Patente dahingehend hat das Unternehmen bereits angemeldet. Nach den Forschungs- und-Entwicklungs-Arbeiten und der Umsetzung eines Demonstrators im kleinen Maßstab will das IT-Unternehmen nun auch den Nutzen im industriellen Maßstab nachweisen.

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