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Visualisierung: Das In-home-­Display macht den Stromverbrauch sichtbar. Bild: Landis+Gyr
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Potenziale des Smart Market

Text: Peter Heuell, Landis+Gyr
Neben dem „intelligenten“ Netz wird künftig vor allem der „intelligente“ Markt dafür sorgen, dass sich Energiemengen im Netz besser steuern lassen: Durch Anreize der Energieversorger senken Kunden den Stromverbrauch und passen die Nachfrage an die vorhandene Strommenge an. Voraussetzung zum Heben dieser Potenziale zu ist der Einsatz „intelligenter“ Messsysteme.

Damit die Energiewende gelingt, muss neben dem Aus- und Umbau der Netze vor allem der Energieverbrauch stärker an den vorhandenen Energiemengen ausgerichtet werden und insgesamt sinken. Beides lässt sich nur über den „intelligenten“ Markt steuern.

Anreize im liberalisierten Markt

Im liberalisierten Markt verfolgt der Energieversorger das Ziel, möglichst viele Kunden für seine Produkte und Services zu gewinnen. Wechselanreize für Stromkunden sind unter anderen günstige Preise – die etwa über variable Tarife ermöglicht werden – und zusätzliche Dienstleistungen. Das kann die monatliche Rechnungsstellung sein oder eine Online-Darstellung des Stromverbrauchs in Echtzeit. Solche Angebote sind wichtige Hilfestellungen für Kunden, ihren Stromverbrauch zu reduzieren und ihre Erzeugung anzupassen. Denn der tägliche Stromverbrauch von Kühlschrank, Computer oder Wäschetrockner bleibt den Verbrauchern derzeit weitgehend verborgen. Studien haben gezeigt, dass Verbraucher nicht genau wissen, wie viel sie für Energie ausgeben und wie und wo sie Energie sparen können [1]. Ein höheres Feedback ist daher eine wichtige Maßnahme, um Verbrauchern die fehlenden Informationen zu liefern und ihre Sensibilität zu erhöhen.

Stromverbrauch sichtbar machen

Die Einsparpotenziale, die sich durch mehr Transparenz ergeben, liegen laut aktuellen Studien für Strom bei 5 bis 15 Prozent. Die große Bandbreite erklärt sich damit, dass die Reduktion des Stromverbrauchs stark vom eingesetzten Feed­back-System abhängt. Das Beratungsunternehmen für Energie­fragen VaasaETT ermittelte in 100 untersuchten Projekten, bei denen insgesamt über 450.000 Privathaushalte beteiligt waren, folgende Ergebnisse:

  • 5,1 Prozent Einsparung bei Verwendung einer Web-Page

  • 5,9 Prozent Einsparung bei Verwendung einer detaillierten Rechnung

  • 8,7 Prozent Einsparung bei Verwendung von In-home-­Displays [2], also Geräten, mit denen sich die Energiedaten vom Stromzähler im Keller direkt ins Wohzimmer übertragen lassen.

Da in Deutschland laut § 40 EnWG bei Einsatz eines „intelligenten“ Messsystems eine detaillierte monatliche Ver­brauchs­information gefordert ist, kann von einer Verbrauchsreduktion von mindestens 6 Prozent ausgegangen werden, wenn man sich an diesen Zahlen orientiert. Im Abschlussbericht zum E-Energy-Projekt „eTelligence“ ist sogar von einem noch höheren Einsparpotenzial die Rede: „Wir stellten im Durchschnitt 11 Prozent weniger Stromverbrauch durch Echtzeit­visualisierung des Verbrauchs fest.“ eTelligence hat in der Modellregion Cuxhaven mit 650 Testhaushalten verschiedene Energie-Feedbacksysteme und innovative Strom­tarife getestet und weiterentwickelt [3]. Andere Studien sind mit ihren Prognosen vorsichtiger. In dem Endbericht einer vom BMWi beauftragten Studie [4] heißt es: „Wir gehen davon aus, dass durch die Einführung von Smart Metering in Deutschland durchschnittliche Endenergieeinsparungen über alle Kunden hinweg in Höhe von 5 Prozent bei Strom und 2,4 Prozent bei Gas erreichbar sind.“

Wie sehr das Ergebnis von den eingesetzten Feedbackmaßnahmen abhängt, zeigt auch eine Langzeitstudie des Fraunhofer Instituts. Dabei wurden Einsparungen von bis zu 15 Prozent ermittelt, wenn Smart Meter in Kombination mit einer entsprechenden Visualisierung zum Einsatz kommen. Zen­traler Faktor für das Einsparpotenzial sei die bedarfsgerechte Aufbereitung der Energieverbrauchsdaten. Durch Anzeigen auf dem Fernseher, PC oder Smartphone hatten die Bewohner immer genau im Auge, was im Hause vor sich ging. Mit der Zeit bildete sich bei allen Bewohnern zudem eine Art „Energie-Bildung“ (energy literacy) aus [5].

Lasten managen

Grundlage für die Laststeuerung sind variable Tarife. Sie sind ein wichtiges Instrument für die Stabilisierung der Netze und ein entscheidendes Anreizinstrument im Smart Market. Studien haben das gezeigt: 84 Prozent der Deutschen wünschen sich flexible Stromtarife. Denn sie bieten nach Überzeugung der Bundesbürger die Chance, die Energiekosten nachhaltig zu senken [6]. Energieversorger können sich mit dem Angebot eines flexiblen Tarifsystems also erhebliche Wettbewerbsvorteile verschaffen. Das Lastverlagerungspotenzial hängt dabei sehr stark von dem verwendeten Tarifmodell ab.

Studien zeigen, dass das Potenzial für Lastverschiebungen durch die Einführung von Smart Meter in Verbindung mit variablen Tarifen bei 15 Prozent liegt [7]. Die besten Ergebnisse lassen sich mit lastvariablen Tarifen erreichen (12 bis 16 Prozent). Zeitvariable Tarife hingegen erbringen nur ein Potenzial von rund 5 Prozent Lastverschiebung [7]. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass zeitvariable Tarife täglich zum Einsatz kommen, während lastvariable Tarife nur zur Reduktion kritischer Lastspitzen genutzt werden.

Eine entscheidende Steigerung erfährt das Laststeuerungspotenzial durch ein direktes Feedback-System. Werden Preissignale etwa über ein In-home-Display direkt an den Verbraucher weiter gegeben, erhöht sich das Potenzial der Lastverschiebung auf bis zu 45 Prozent. Noch höher, nämlich bei 50 Prozent, ist das Potenzial, wenn Automatisierungstechnologien zum Einsatz kommen, über die Lasten automatisch zu und abgeschaltet werden können [8].

Das automatische Haus

Eine besonders intensive Nutzung flexibler Stromtarife ermöglicht das smarte Haus. Haushaltsgeräte und diverse Raumfunktionen werden in Abhängigkeit von den Tarifpreisen automatisch gesteuert. Indem Haushaltsgeräte miteinander kommunizieren und im Informationsaustausch mit dem Energieversorger stehen, können Kapazitäten verschoben und somit optimal genutzt werden.

Neben der Verbrauchssteuerung von Haushaltsgeräten lassen sich auch Heizung oder Lüftung im Smart Home einbinden sowie die Steuerung von Wärmepumpen und EEG-Anlagen. Das Elektronikunternehmen Toshiba entwickelt derzeit ein Home-Energy-Management-System (HEMS), in dem Hausgeräte, Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Energiespeicher und Elektroautos gesteuert werden. Das HEMS verbindet alle elektronischen Anwendungen im Haus und ermöglicht so ein umfassendes Energiemanagement. Mehrere örtlich verteilte HEMS können zu größeren Einheiten vernetzt werden.

Ziel ist es, das Stromnetz zu stabilisieren, indem alle im privaten Energiesystem beteiligten Geräte integriert werden. Davon profitieren dann sowohl der Verbraucher als auch der Versorger. Ein Beispiel: Ist viel Strom vorhanden und wird dieser deshalb günstig angeboten, wird die elektrische Wärmepumpe automatisch angeschaltet. Diese zieht Wärme aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich und leitet sie an eine Heizungsanlage weiter. Dadurch wird für den Hausbesitzer ein besonders effizientes Heizen möglich – Energieerzeugung und Verbrauch im Stromnetz werden gleichzeitig in Einklang gebracht.

Eine weitere Möglichkeit, Lastspitzen mittels variabler Tarife zu glätten, ist es, überschüssigen Strom zwischenzuspeichern, um ihn dann später, wenn er benötigt wird, wieder in die Netze einzuspeisen. Zukünftig sollen dafür auch Elektroautos genutzt werden. Verbraucher tanken Strom, wenn ein Energieüberschuss besteht und der Strom entsprechend günstig ist. Bei höherer Nachfrage kann der in den Akkus der Autos gespeicherte Strom gegen Geld zurück ins Netz gespeist werden. Da der Strom zu dieser Zeit teurer ist, profitieren die Autobesitzer davon.

Supply-Response-Strategie

Nicht nur der Verbrauch lässt sich im Smart Market an der Erzeugung ausrichten, auch Versorger werden über Preisanreize zu- und abgeschaltet. Eine Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien an der Nachfrage auszurichten ist die Nutzung virtueller Kraftwerke. Dabei verbindet der Energiedienstleister mehrere unabhängige Energieerzeuger und -nutzer so miteinander, dass er sie wie ein einziges Kraftwerk regeln kann. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, Regelleistung bei einer plötzlich erhöhten Stromnachfrage kurzfristig zur Verfügung zu stellen. Leistungsanpassungen werden dazu im virtuellen Kraftwerk wie in einem normalen regelfähigen Kraftwerk durchgeführt. Die Regelenergie wird hier zu Großmarkt­handelspreisen angeboten.

Am effektivsten sind solche Zusammenschlüsse mit Kunden aus Industrie und Gewerbe, da hier enorme Energie­kapazitäten effektiv regelbar sind. Die Kapazitäten von Hotels, Krankenhäusern, Einkaufszentren, Fabriken und Kühlhäusern werden dazu etwa mit der Erzeugung aus Windparks und PV-Anlagen zusammengeschlossen. Da die derzeit entwickelten Smart-Meter-Gateways über eine so genannte CLS- (Controllable Local Systems) Schnittstelle verfügen, die zur Ansteuerung dezentraler Einspeiser oder schaltbarer Lasten dient, bilden sie die perfekte Basis für virtuelle Kraftwerke.

Fazit

Das Potenzial des Smart Market für die Energiewende hängt stark von den eingesetzten Technologien ab. Eine Visualisierung des Stromverbrauchs sowie die Steuerung von Lasten und Erzeugern ermöglicht die neue Generation von Smart Meter. Intelligente Messsysteme sind damit die Schlüsseltechnologie des Smart Market.

Weitere Informationen

[1] Throne-Holst, Strandbakken and Sto: Barriers, bottlenecks and potentials for energy savings in households. National Institute for Consumer Research, SIFO, Norway, 2006

[2] VaasaETT: The potential of smart meter enabled programs to increase energy and systems efficiency: a mass pilot comparison (Empower Demand), 2011, S.16, Fig.4

[3] eTelligence/EWE AG: Abschlussbericht: Neue Energien brauchen neues Denken, Oldenburg, November 2012, S.10

[4] Kema/BMWi: Energieeinsparungen durch den Einsatz intelligenter Messverfahren, Bonn, November 2009, S. 12

[5] Fraunhofer FIT/University of Siegen: Cultivating Energy Literacy Results from a longitudinal Living lab study of a home energy management system, CHI 2013, Paris, April 27–May 2, 2013

[6] Stiebel Eltron: Energie-Trendmonitor 2014, 2013

[7] VaasaETT: The potential of smart meter enabled programs to increase energy and systems efficiency: a mass pilot comparison (Empower Demand), 2011

[8] Landis+Gyr: Energy Efficiency created from Informed End-Users: A summary of the empirical evidence, Zug, 2009, S. 5

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