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So kann die digitale Energiewende klappen

08.07.2019

Wie bekommt man die wechselhafte Sonnen- und Windenergie mit dem wachsenden Strombedarf für E-Autos und Wärmepumpen unter einen Hut? Theoretisch ganz einfach: Autos laden und Wärmepumpen heizen mit überschüssigem Strom. Zusammen mit Smarthome-Technik, intelligenten Tarifen und standardisierter Vernetzung kann's klappen.

Die Digitalisierung ist allgegenwärtig. Wenn es nach Verkehrsminister Andreas Scheuer geht, dann kann die digitale Technologie dabei helfen, die Klimaziele im Straßenverkehr zu erreichen, etwa durch eine intelligentere Auslastung von Straßen und Fahrzeugen. Wie das funktionieren soll, weiß niemand so genau. Klingt aber fortschrittlich.

In anderen Bereichen schreiten digital vernetzte Technologien tatsächlich voran. Immerhin stammten 2018 schon fast 40 Prozent des Stroms in Deutschland aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne, Wasserkraft und Biogas. Das hat auch Schattenseiten: Wind (20 Prozent) und Sonne (8 Prozent) als die größten Quellen für sauberen Strom liefern ihre Energie höchst unstet. Das passt nicht zu unserem Alltag: Wir schalten das Licht ein, wenn die Sonne untergeht und brauchen vor allem in der dunken Jahreszeit viel Energie zum Heizen.

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Im Juni produziert eine Photovoltaikanlage in Deutschland rund sieben Mal so viel Strom wie im Dezember. Elektrisch betriebene Wärmepumpen können überschüssigen Strom vom Tag in die Nacht übertragen (Fotos: ENBW, Vaillant). 

Und der Wind weht vor allem im Norden – weniger im dichter besiedelten Süden Deutschlands. So entsteht einerseits immer mehr Strom aus erneuerbaren Quellen, andererseits steigt der Aufwand, um ihn zu verteilen und die Stromnetze stabil zu halten. Bei viel Wind an der Nordsee etwa werden Windräder aus dem Wind gedreht, damit das Netz dort nicht überfordert wird. Da für Windparks garantierte Stromabnahmen gelten, bekommen die Betreiber auch für den nicht produzierten Strom Geld. Andererseits müssen Netzbetreiber bei Engpässen in der Stromversorgung kurzfristig teure Kraftwerke zuschalten. Die Stromnetze können schließlich nicht beliebig viel Energie quer durchs Land transportieren. Deshalb kommt es vor, dass im Norden Windräder abgeregelt und im Süden Kraftwerke eingeschaltet werden. Laut der Bundesnetzagentur betrugen diese Stabilisierungskosten 2017 rund 1,4 Milliarden Euro.

Der Strombedarf steigt durch Elektroautos und Wärmepumpen

Durch den Ausbau von Stromtrassen und Verbindungen zwischen Übertragungsnetz-Bereichen schrumpften solche „Redispatch-Kosten“ 2018 wieder. Doch je mehr erneuerbarer Strom entsteht, desto größer wird der Regelungsbedarf. Dabei soll in rund 30 Jahren unsere Energie fast komplett aus regenerativen Quellen kommen. Zu dem Strom, den Haushalte, Fabriken und Gewerbegebäude heute benötigen, kommen bis dahin Elektroautos und elektrisch betriebene Heizungsanlagen als neue Großverbraucher hinzu. Experten rechnen im Zuge der Energiewende mit einem vier- bis fünffachen Strombedarf.

Bis dahin muss allerdings noch einiges passieren. Beispiel Elektroauto: Eine Schnellladesäule stellt die Stromversorgung im Haus ziemlich auf die Probe. Lädt das Auto mit voller Leistung (bis 22 Kilowatt), dann müssen andere stromhungrige Verbraucher pausieren, damit die Hauptsicherung nicht rausfliegt. Kritisch ist der „Tagesschau-Effekt“: Wenn viele Elektroautos in einem Viertel nach Feierabend zeitgleich laden, droht ein Blackout.

Andererseits bieten E-Autos und -Heizungen wertvolle Speicherkapazitäten. Auto-Akkus haben 50 bis 100 Kilowattstunden Kapazität. Auch ein 1000-Liter Wasser-Speicher im Haus kann rund 50 kWh speichern und später als Heizwärme abgeben. Auch dazu gibt es Rechenspiele: Im Jahr 2017 wurden laut Bundesnetzagentur rund 5500 Gigawattstunden Strom-Überschuss aus Windkraft, Photovoltaik und Blockheizkraftwerken abgeregelt. Mit dieser Energiemenge könnten gut zwei Millionen E-Golfs von VW jeweils rund 20.000 Kilometer fahren. 

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Der Energiemanager Hager Flow wurde zusammen mit Audi entwickelt. Er soll das Laden des Audi Etron und anderer E-Autos optimieren >> Weitere Infos (Fotos: Audi, Hager).

Flexibilität ist Trumpf

Ergo: Laden Elektroautos ihre Akkus aus dem heutigen Stromüberschuss, dann können bei Wind und Sonnenschein mehr Turbinen und PV-Anlagen in Betrieb bleiben. Im Einfamilienhaus funktioniert dieses Energiemanagement schon heute: Der Strom von der eigenen Photovoltaikanlage lässt sich über einen Energiemanager so einsetzen, dass er überwiegend im Haus, also in der Wärmepumpe, der Hausbatterie oder im Auto gespeichert wird. Das spart Geld.

So richtig spannend wird’s, wenn das Netz selbst den flexiblen Verbrauch fördert. Auch hier kann der Preis Anreize schaffen, etwa mit variablen Stromtarifen je nach Energieaufkommen aus  Wind und Sonne. Technisch ist das machbar: Energiemanager gibt es, auch flexibel steuerbare Verbraucher sind auf dem Markt. Vernetzte Hausgeräte von Bosch, Siemens oder Miele haben eine Funktion namens „Smart Start“ – eine Art aktiver Standby, in dem sie sich über einen Energiemanager starten lassen.

Ähnliche Mechanismen gibt es für Wärmepumpen und Elektroauto-Ladestationen. Zum neuen Audi Etron etwa kommt Mitte des Jahres eine vernetzte 22 kW-Ladestation mit passenden Energiemanagern auf den Markt, die sich ebenfalls extern ansteuern lässt. Auch Hersteller wie Grid-X oder Innogy haben solche vernetzten Wallboxen angekündigt. Mit dem EEBUS-Standard hat sich in den letzten Jahren eine digitale Sprache etabliert, in der flexible Verbraucher herstellerunabhängig kommunizieren können. Neben Ladesäulen lassen sich hier auc hHausgeräte und elektrische Wärmepumpen als flexible steuerbare Verbraucher integrieren.

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So sieht EEBUS das Energiemanagement im Haus und die Verbindung zum intelligenten Stromnetz.  (Grafik: EEBUS).

Erste Anwendungen mit flexiblen Stromtarifen

Die Stadtwerke Norderstedt bei Hamburg erproben solche flexiblen Stromtarife derzeit mit einigen hundert Kunden in einem Pilotprojekt. Das zielt darauf ab, den Windstrom aus der Region besser unter die Leute zu bringen und bei hohem Windaufkommen weniger Windräder abstellen zu müssen.

Bundesweit verfügbar ist seit Kurzem auch der Tarif „Hourly“ vom österreichischen Stromanbieter Awattar. Der Strompreis für Awattar-Kunden orientiert sich am stundenweise wechselhaften Börsenpreis für Strom. Solche flexiblen Tarife funktionieren indes nur, wenn der Verbrauch kontinuierlich gemessen und zum Energieversorger übertragen wird. Dafür ist ein vernetzter Stromzähler wie etwa der „Einsparzähler“ von Discovergy notwendig. Er misst den Stromverbrauch sekundengenau und meldet ihn auch dem Nutzer über ein Webinterface. Die zugehörige Auswertungssoftware erkennt sogar einzelne Verbraucher wie Waschmaschine, Herd oder Kühlschrank und hilft darüber hinaus dabei, Stromschlucker im Haushalt zu entlarven. 

Wann kommen die Smart Meter?

Sobald zertifizierte „Smart Meter Gateways“  installiert werden, sollen sie für Netzbetreiber und Verbraucher einen sicheren Übertragungskanal für Verbrauchsdaten, Tarifimpulse und andere Informationen bringen. Die Einführung der Gateways sollte schon 2018 starten. Doch die strengen Vorgaben an die Datensicherheit, Produktion und Logistik der Geräte verzögert ihre Einführung immer weiter. Für einen verpflichtenden Einbau müssen mindestens drei Produkte von allen staatlichen Kontrollstellen freigegeben sein. Bis Juni 2019 war aber erst ein Smart Meter Gateway zertifiziert. Das Verfahren dazu ist so sicher wie Fort Knox und zugleich selbst für Insider höchst unvorhersehbar. Beobachter gehen mitterweile von einem Beginn der Auslieferung im Herbst aus, wobei kein einziger Experte mehr eine Prognose wagt. 

Fest steht, dass erst diese Smart Meter Gateways eine rechtsverbindliche Verbindung zwischen flexiblen Verbrauchern im Haus und dem „Smart Grid“ eröffnen. Und, dass zumindest technologisch alle Weichen für die digitale Energiewende gestellt sind.

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