Intelligentes Energiemanagement: Stabiles Stromnetz mit Photovoltaik

12.06.2018 – Im internationalen Vergleich nimmt Deutschland einen Spitzenplatz bei der Stabilität der Stromnetze ein. Die durchschnittliche Unterbrechungsdauer je angeschlossenem Letztverbraucher lag im Jahr 2016 bei nur 12,80 Minuten. Dies ist ein Vielfaches weniger als in Ländern wie Frankreich oder den USA. „Die Stromversorgungsqualität in Deutschland ist seit Jahren auf einem konstant hohen Niveau. Die Energiewende mit einer zunehmend dezentralen Erzeugung hat keine negativen Auswirkungen“, sagt Jochen Homann, Präsident der Bundesnetzagentur.

Derzeit hohe Kosten für Netzeingriffe

Hohe Kosten fallen allerdings für das Management von Transportengpässen im deutschen Stromnetz aufgrund der fluktuierenden Einspeisung insbesondere von Windstrom im verbrauchsarmen Norden, dem Überschuss an Atom- und Kohlestrom sowie der Verzögerungen beim Ausbau der Nord-Süd-Netze an. Über eine Milliarde Euro musste allein der größte deutsche Übertragungsnetzbetreiber Tennet im vergangenen Jahr an Ausgleichszahlungen für die Abregelung vor allem von Windrädern und weitere stabilisierende Netzeingriffe zahlen. Wobei diese Kosten über die Netzentgelte ja letztlich von den Stromkunden getragen werden.

Energieangebot und Nachfrage dezentral ausgleichen

Ein zentraler Hebel, um die Kosten für die Netzeingriffe und den Ausbaubedarf der großen Stromtrassen zu senken, ist die dezentrale Ausbalancierung von Energieangebot und Nachfrage vor Ort und die Verzahnung von Strom, Wärme und Verkehr (Sektorenkopplung). Einen entsprechenden „zellulären Ansatz“ propagieren Experten wie Peter Birkner, Geschäftsführer des House of Energy und ehemaliger Technik-Vorstand der Mainova. Eine wichtige Rolle hierbei spielt die Photovoltaik, vor allem im Doppelpack mit Speichern. So kann der günstige Solarstrom vom eigenen Dach mit Hilfe von Batteriespeichern auch abends genutzt werden. Intelligente Elektronik und Energiemanagementsysteme helfen dabei, die Speicher netzdienlich zu laden und zu betreiben und so Einspeise- und Verbrauchspitzen zu minimieren. Moderne Ladetechnik ermöglicht, dass das E-Auto möglichst effizient mit eigenen Solarstrom beladen wird. Wird zusätzlicher Ladestrom benötigt, kann dieser zeitversetzt außerhalb der Hauptverbrauchszeiten aus dem Netz bezogen werden.

Spannungsgerecht Blindleistung einspeisen

Über die Kopplung von Photovoltaik-Speichersystemen mit Kraft-Wärme-Kopplung, Brennstoffzellenheizungen, Wärmepumpen und Heizstäben mit Pufferspeichern kann auch ein Großteil des Wärmebedarfs selbst gedeckt und die Eigenversorgung weiter erhöht werden. Um die nötige Spannung im Stromnetz im Lot zu halten, können moderne Photovoltaik-Wechselrichter und Batteriewechselrichter bedarfsgerecht Blindleistung einspeisen. „Das hilft den Verteilnetzbetreibern“, sagt Bernd Engel, Vorstandsbeauftragter Netzintegration bei SMA und Professor an der Technischen Universität Braunschweig.

Prosumer in Plattformen einbinden

Weitere Möglichkeiten für eine netzstabilisierende dezentrale Versorgung bieten sich, wenn Prosumer in virtuelle Kraftwerke, Batteriepools oder regionale Flexibilitätsmärkte eingebunden werden. So ist beispielsweise der nordhessische Verteilnetzbetreiber Energienetz Mitte derzeit dabei, in Zusammenarbeit mit der Universität Kassel eine Plattform für einen regionalen Flexibilitätsmarkt aufzubauen. „Die Idee ist, dass jede ansteuerbare Anlage an dem Markt teilnehmen kann und ein aufwendiger Netzausbau bis zum letzten Kilowatt vermieden wird“, erläutert Smart-Grid-Experte Nicolas Spengler. Auch über die Enko-Plattform der Schleswig-Holstein Netz soll lokal erzeugter erneuerbarer Strom effizienter genutzt und ins Netz integriert werden.

Wegweisendes Pilotprojekt von Sonnen und Tennet

Einen wegweisenden Schritt machte der Übertragungsnetzbetreiber Tennet in Zusammenarbeit mit Sonnen. In einem Pilotprojekt nutzt das Unternehmen via Blockchain-Technologie den Pool der Photovoltaik-Heimspeicher der Sonnen-Community zur Netzstabilisierung. Die vernetzten Heimspeicher können je nach Bedarf überschüssigen Strom sekundenschnell aufnehmen oder abgeben und damit beitragen, Transportengpässe im Netz zu reduzieren. Die Blockchain-Lösung wurde von IBM entwickelt. „Wir versprechen uns vor allem Kostenvorteile durch die Senkung der Redispatchkosten, insbesondere eine Reduzierung der Zahlungen für die Abriegelung von Windenergieanlagen“, betont Tennet Sprecherin Ulrike Hörchens.

Smart Grid Demonstrator in Sonderbuch

Wie sich ein Ortsnetz bei sehr hoher Einspeisung von Solarstrom-Anlagen stabil halten lässt, demonstriert die Netze BW zusammen mit dem Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik der Uni Stuttgart in Sonderbuch in dem Projekt „Smart Grid Demonstrator“. In dem Ortsteil der Gemeinde Zwiefalten (Landkreis Reutlingen) ist auf fast jedem Dach eine Photovoltaik-Anlage montiert, sodass die Einspeisung ins örtliche Stromnetz die Last zeitweise fünffach übertrifft. Zum Einsatz kommen ein sich selbst regelnder Ortsnetztrafo, intelligente Batteriespeicher, Geräte, die neben der Last zudem die Spannung in Echtzeit messen, Steuerboxen für größere Photovoltaik-Anlagen und Wechselrichter mit einer speziellen Blindleistungs-Kalibrierung. Damit sollen Erfahrungen gewonnen werden, um Orts- und Verteilnetze auch anderswo künftig „smarter“ zu machen.

Einen aktuellen Überblick über moderne Photovoltaik-Speichersysteme, intelligente Lade-, Smart-Home und Energiemanagement-Lösungen sowie Smart-Grid-Anwendungen bieten unter dem Dach der The smarter E die Intersolar Europe, die ees Europe, die EM-Power und die Power2Drive vom 20. bis zum 22. Juni 2018 in München. Hans-Christoph Neidlein