Smart Grid: Das kann ein intelligentes Stromnetz

Die Zukunft der Energieversorgung gehört den Smart Grids: Die intelligenten Stromnetze verteilen die Energie nach Bedarf und sorgen so für eine stabile Stromversorgung. Wie das funktioniert und welche Vorteile ein Smart Grid für euch als Verbraucher*innen mit sich bringt, erfahrt ihr hier.

veröffentlicht am08.04.25

9 MinutenLesezeit

Strommast im Sonnenuntergang vor Solarpark

Inhaltsangabe:

Das Wichtigste in Kürze
Was bedeutet Smart Grid?
Wie funktionieren Smart Grids?
Wie Stromnetze heute funktionieren
Warum brauchen wir Smart Grids?
Was sind die Vorteile von einem Smart Grid?
Voraussetzungen von Smart Grids
Anwendungsbeispiel für ein Smart Grid
Fazit: Smart Grid als Schlüssel für die Energiewende

Das Wichtigste in Kürze

Smart Grids sind intelligente Stromnetze, in denen die vorhandenen Kapazitäten durch smarte Steuerung optimal genutzt werden.
Funktion: In einem Smart Grid werden Stromerzeugung, Stromspeicherung und Stromverbrauch zu einem Gesamtsystem zusammengefasst. Das geschieht durch die virtuelle Vernetzung dieser drei verschiedenen Akteure über das Internet.
Smart Grids versprechen eine dauerhaft stabile Versorgung durch erneuerbare Energien. Sie gelten damit als Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende.

Was bedeutet Smart Grid?

Ein Smart Grid (deutsch: Intelligentes Stromnetz) ist laut Definition ein Netzwerk zur Stromversorgung, das alle Teilnehmer des Energiesystems – von den Stromerzeugern über Stromspeicher bis hin zu den Verbrauchsstellen – mithilfe moderner Kommunikationstechnologien miteinander verknüpft. Smart Grids setzen digitale Technologien ein, um die Stromerzeugung, die Speicherung von Strom und den Stromverbrauch optimal aufeinander abzustimmen. Auf diese Weise sollen Leistungsschwankungen ausgeglichen, die Energieeffizienz gesteigert und der Netzausbau reduziert werden.

Wie funktionieren Smart Grids?

In einem Smart Grid werden Stromerzeugung, Stromspeicherung und Stromverbrauch zu einem Gesamtsystem zusammengefasst. Das geschieht durch die virtuelle Vernetzung dieser drei verschiedenen Akteure über das Internet. So können Stromnetze dynamisch gesteuert werden: Das vorhandene Netz wird besser ausgelastet und auch kleinere Quellen für erneuerbare Energien – zum Beispiel eure PV-Anlage, die Strom ins Netz einspeist – lassen sich besser ins Gesamtnetz integrieren (Voraussetzung ist, dass ihr einen Smart Meter installiert habt).

Übertragungs- und Verteilnetz: Neben dem Stromnetz entsteht so durch die Vernetzung ein weitläufiges Datennetz aus drahtlosen und drahtgebundenen Technologien. Über dieses Datennetz werden Informationen zu den aktuellen Stromverbräuchen, zur Stromproduktion, zu Stromreserven sowie Prognosedaten (z. B. Wetterprognosen) übertragen.
Steuerungszentrale: Alle Informationen laufen in einer zentralen Stelle zusammen. Mit ihrer Hilfe werden die einzelnen Netzteilnehmer*innen gemanaged und gesteuert. Erkennt die Steuerzentrale beispielsweise einen Stromüberschuss, dann lassen sich einzelne Anlagen gezielt drosseln oder aber der Strom wird umverteilt, etwa auf Stromspeicher und Elektroautos.
Kraftwerke: Der Strom wird mehr und mehr aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt – in Deutschland sind dies vor allem Solar- und Windkraftanlagen, aber auch Wasserkraftwerke sowie Geothermie- und Biogasanlagen. Kraftwerke für fossile Energien wie Öl und Gas werden erst zugeschaltet, wenn der Strom aus den Erneuerbaren nicht reicht.
Stromerzeugende Haushalte: Haushalte mit Photovoltaikanlage, Brennstoffzelle oder Blockheizkraftwerk (BHKW) sind nicht mehr nur reine Verbraucher, sondern gleichzeitig auch Produzenten. Sie werden zu sogenannten Prosumern.
Verbraucher mit Smart Meter: Intelligente Stromzähler, auch Smart Meter genannt, erfassen und kommunizieren die Stromverbräuche in sehr kurzen Zeitabständen. So weiß das Smart Grid relativ genau, wann ein erhöhter Bedarf besteht, und kann dann auf gespeicherten Strom zugreifen.

Betriebe mit eigener Stromerzeugung: Kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die selbst Strom produzieren und unter 100 kW installierter Leistung bleiben, können in einem Smart Grid ebenfalls aktiv am Stromhandel teilnehmen (über 100 kW Leistung sind sie dazu verpflichtend). Es ist möglich, viele der kleineren Energieerzeuger zu einem virtuellen Kraftwerk zusammenzuschließen. In diesem Verbund schwankt die Produktion weniger stark.
Stromspeicher: Stromspeicher – das können sowohl Großspeicher als auch Speicher in Häusern sein – sammeln an sonnen- oder windreichen Tagen den überschüssigen Strom und geben diesen in Zeiten geringeren Energieangebots automatisch gesteuert wieder ab. Derzeit speisen jedoch in der Regel nur Großspeicher Strom ins Netz, während Speicher für PV-Anlagen auf Häusern den Strom eher nur für die direkte Verwendung im jeweiligen Gebäude vorhalten.
Elektroautos: Elektroautos können in einem intelligenten Stromnetz als zusätzlicher Energiespeicher dienen. Ist die Nachfrage nach Strom größer als das Angebot, helfen sie dabei, den Bedarf abzupuffern. Bidirektionales Laden heißt die Technologie, die schon heute zum Einsatz kommt: Dabei wird die Batterie des Autos wie der stationäre Stromspeicher einer PV-Anlage genutzt. Der gleichmäßigen Auslastung des Smart Grids hilft es aber auch schon sehr, wenn ihr E-Autos, die das bidirektionale Laden noch nicht unterstützen, zu Uhrzeiten ladet, an denen die Stromnachfrage gering ist oder das Angebot aus Regenerativen hoch (und deshalb auch günstiger) ist.

Gut zu wissen:

PV-Anlagen und Wärmepumpen werden häufig jetzt schon so verbaut, dass sie sich in intelligente Stromnetze einbinden lassen. Sie sind mit der Produktbezeichnung „Smart Grid ready“ oder kurz „SG ready“ gekennzeichnet. Mehr zur Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik

Wie Stromnetze heute funktionieren

Als der Strom noch hauptsächlich von wenigen großen Kraftwerken produziert wurde, konnte er – wenn auch mit beträchtlicher Regelleistung – einigermaßen gleichmäßig ins Netz gespeist werden. Bloß handelte es sich dabei hauptsächlich um Kraftwerke, die fossile Energieträger zur Stromgewinnung nutzten, oder Atomkraftwerke. Heute sollen die herkömmlichen Kraftwerke mehr und mehr durch solche ersetzt werden, die erneuerbare Energien wie Wind oder Sonne nutzen. Da Strom aus erneuerbaren Energien aber anders und mit Schwankungen produziert wird, ist es nötig, das Stromnetz durch neue Technologien flexibler zu gestalten.

Warum brauchen wir Smart Grids?

In Zukunft wird die Stromerzeugung nicht mehr von zentralen Kraftwerken, sondern von kleinen und dezentralen Produzenten bestimmt. Dazu gehören Wind- und Solarparks ebenso wie Betriebe und Privathaushalte. Gleichzeitig wächst die Anzahl der Verbrauchsstellen, die in das Stromnetz integriert werden müssen – von Ladesäulen und Wallboxen für das Elektroauto bis hin zu Wärmepumpen. Das erfordert einen höheren Abstimmungsbedarf.

Hinzu kommt, dass die Stromerzeugung durch erneuerbare Energien schwankt: Scheint die Sonne oder weht der Wind, gibt es einen Überschuss. In der Nacht oder bei einer Windflaute wird dagegen weniger und bei einer Dunkelflaute (windstille Nächte) kaum bis gar kein Strom produziert. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Volatilität. Dadurch kommt es im Stromnetz häufig zu Lastspitzen (die erzeugte Strommenge liegt über dem Strombedarf) und Lasttälern (die erzeugte Strommenge ist kleiner als der Strombedarf).

Um eine Überlastung des Stromnetzes zu vermeiden und Versorgungssicherheit zu gewährleisten, braucht es intelligente Stromnetze. Smart Grids steuern Stromerzeugung und -verbrauch zentral und verteilen überschüssige Energie aus erneuerbaren Energien clever um.

Was sind die Vorteile eines Smart Grids?

Ein intelligentes Stromnetz bietet viele Vorteile:

Integration erneuerbarer Energien: Erst durch Smart Grids lässt sich die wachsende Anzahl an dezentralen Erzeugungsanlagen besser in das Stromnetz einbinden.

Mehr Transparenz: Haushalte und Betriebe erhalten einen genauen Überblick darüber, wie viel Strom sie zu einem bestimmten Zeitpunkt verbrauchen oder erzeugen.

Netzstabilität: Smart Grids steuern die Energieproduktion effizienter und gleichen so Schwankungen aus. Auch Störungen können früher erkannt und behoben werden.

Steigerung der Energieeffizienz: Smart Grids messen den Stromverbrauch und ermöglichen eine effiziente Steuerung der Stromerzeugung.
Niedrigere Stromkosten: Betriebs- und Verwaltungskosten sinken und durch den reduzierten Leitungsausbau lassen sich höhere Netzentgelte vermeiden. Außerdem wird Geld gespart, indem Kraftwerke, die Strom günstig aus erneuerbaren Energien produzieren, seltener abgeschaltet werden.

Voraussetzungen für Smart Grids

Damit das Smart Grid seine Aufgaben erfüllen kann, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein:

Moderne Netzinfrastruktur: Aufgrund der zunehmenden Dezentralisierung der Stromerzeuger muss Energie in Zukunft über weite Strecken transportiert werden. Dazu braucht es besonders leistungsstarke Übertragungsleitungen. Daneben benötigt ein Smart Grid moderne Datenleitungen, die eine schnelle Kommunikation der Teilnehmer erlauben.

Smart Meter: Einer der wichtigsten Bausteine im Smart Grid sind Smart Meter, also digitale Stromzähler mit Kommunikationsmodul. Sie erfassen Daten zur Stromerzeugung und zum Stromverbrauch und übertragen diese in Echtzeit an das intelligente Stromnetz. Wer eine sogenannte stromerzeugende Anlage betreibt, also etwa ein Windkraftwerk oder eine PV-Anlage, ist verpflichtet, einen Smart Meter einbauen zu lassen.

Smart Grid Ready: Damit Anlagen und elektrische Verbraucher in ein intelligentes Stromnetz eingebunden werden können, müssen sie selbst smart werden. Geräte, die mit dem Smart Grid kompatibel sind, werden auch als „Smart Grid Ready“ oder „SG Ready“ bezeichnet.

Datensicherheit: Eine Herausforderung liegt in der Datensicherheit. Es gilt nicht nur, Cyberangriffe auf das intelligente Stromnetz zu verhindern, sondern auch die Privatsphäre der Verbraucher*innen zu schützen.

Anwendungsbeispiel Smart Grid

Ein Beispiel für eine clevere Smart-Grid-Lösung ist die Kombination aus Photovoltaikanlage, Stromspeicher, intelligentem Energiemanagementsystem und Wärmepumpe mit SG-Ready-Schnittstelle. Ursprünglich wurde die Smart-Grid-Funktion entwickelt, um Wärmepumpen von außen zu steuern. Kommt es zu Lastspitzen, lässt sich die Wärmepumpe kurzzeitig vom Netz trennen. Umgekehrt wird die Wärmepumpe in Betrieb genommen, wenn überschüssige Energie zur Verfügung steht. Heute spielt die Schnittstelle vor allem für die Kommunikation mit der PV-Anlage bzw. dem Stromspeicher eine Rolle. Wie die clevere Zusammenarbeit funktioniert? An sonnigen Tagen produziert eure PV-Anlage viel sauberen Solarstrom. Dieser wird zunächst im Stromspeicher gespeichert und von dort, gesteuert durch das Energiemanagementsystem, an die Wärmepumpe (zuständig fürs Heizen und die Warmwasserbereitung) und an die elektrischen Geräte im Haushalt (Kühlschrank, Fernseher, Föhn etc.) weiterverteilt.

Ziel ist es, so viel wie möglich vom eigenen Solarstrom selbst zu nutzen. Dazu gehört beispielsweise auch, bei hohem Stromüberschuss die Warmwasser-Sollwerte der Wärmepumpe zu erhöhen und das Heizwasser im Pufferspeicher auf bis zu 65 °C zu erwärmen. So wird der Strom auch als umgewandelte Wärme genutzt und gespeichert. Wenn danach noch Strom übrig ist, wird dieser ins Netz eingespeist. Reicht der selbst produzierte Solarstrom für den Betrieb der Wärmepumpe nicht aus, wird Strom aus dem öffentlichen Netz zugekauft. Das Energiemanagementsystem sorgt dafür, dass der Strombezug aus dem Netz möglichst gering und günstig bleibt. Gleichzeitig übernimmt das System nach wie vor die ursprünglichen regulatorischen Aufgaben bei Lastspitzen und Stromüberschuss im Netz.

Fazit: Smart Grid als Schlüssel für die Energiewende

Der Ausbau erneuerbarer Energien bringt zwei Herausforderungen mit sich: Zum einen gibt es immer mehr kleine, dezentrale Stromerzeuger, zum anderen liefern erneuerbare Energiequellen nicht konstant die gleiche Strommenge. Damit es weder zur Überlastung noch zu Engpässen kommt, müssen die Stromflüsse intelligent gemanagt werden. Klassische Stromnetze können diese Aufgabe nicht erfüllen. Smart Grids versprechen eine dauerhaft stabile Versorgung mit Energie – auch an bewölkten oder windstillen Tagen. Sie gelten damit als Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende.

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