VDE fordert mehr Systemdenken beim Ausbau von Smart Grids

Wichtig: Automatisierung der Verteilnetze

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Noch ist das deutsche Stromnetz mit einer durchschnittlichen Ausfallzeit von 16,2 Minuten pro Stromkunden (2011) eines der zuverlässigsten in Europa. Dies zeigt die aktuelle Ausfallstatistik des Forums Netztechnik/Netzbetrieb im VDE. Doch der schöne Schein trügt. Denn angesichts des schnellen Ausbaus der erneuerbaren Energien und des stockenden Netzausbaus läuft der Systembetrieb zunehmend an der Auslastungsgrenze.

Dieser Beitrag stammt vom VDE, Frankfurt/M.

So ist die Anzahl der Tage mit Einsenkung der EEG-Leistung über die Jahre 2007 bis 2011 von 0 auf 45 angestiegen und die nicht eingespeiste Energiemenge von 0 auf 45 GWh angewachsen. Die Anzahl der „Eingreif- und Gefährdungs-Tage“ nimmt zu, das Risiko größerer Störungen mit überregionalen Auswirkungen wächst, und bereits Mini-Blackouts können spannungssensitive Industrieprozesse empfindlich stören. Vor diesem Hintergrund gehen die aktuellen Energie-Diskussionen aus VDE-Sicht am Kern des Problems vorbei. Die zentrale Herausforderung lautet: Umbau und Flexibilisierung des gesamten Systemdesigns mit den Elementen Ausbau der Netzinfrastruktur, der Speicherkapazitäten und des Kraftwerksparks.
Eine besondere Rolle spielen dabei ein intelligentes Lastmanagement zur Synchronisierung von volatiler Erzeugung und Verbrauch und die Automatisierung der Verteilungsnetze. Hier findet die eigentliche Energiewende statt: Über die Verteilnetze, die 98 % des rund 1,7 Mio. km langen Stromnetzes und 99,9 % der rund 45 Mio. Zählpunkte im Strombereich betreffen, werden über 97 % der erneuerbaren Energien eingespeist. Mit 83 GW ist auf dieser Netzebene bereits mehr Leistung angeschlossen als an den Übertragungsnetzen. Der Systemumbau wird nur gelingen, wenn jetzt die erforderlichen politischen und regulativen Rahmenbedingungen geschaffen werden. Dazu empfiehlt der VDE in seinem Eckpunkte-Papier „Energiehorizonte 2020“ ein integriertes Systemdesign, das von technischen und normativen Aspekten bis zur Neudefinition von Verantwortlichkeiten, Marktregeln und Anreizsystemen reicht.
Ohne Smart Grid keine Energiewende
Eine Grundbedingung für die nachhaltige Nutzung erneuerbarer Energien ist der Um- und Ausbau der Stromübertragungssysteme. Das deutsche 400 kV-Übertragungsnetz stößt heute bereits an seine Kapazitätsgrenzen. Nach dem Entwurf zum Netzentwicklungsplan 2012 (Stand 15.08.2012) liegt der Trassenneubaubedarf im Szenario B 2022 bei rund 3800 km, davon rund 2100 km als HGÜ-Korridore (HGÜ: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung). Die zusätzliche Neubaulänge in bestehenden Trassen einschließlich Zubeseilung beträgt rund 4400 km. Bei der Umsetzung der Neu-, Aus- und Umbaumaßnahmen ist Eile geboten. Um die Akzeptanz, das Umsetzungstempo und die Effizienz zu erhöhen, empfiehlt der VDE, verschiedene Infrastrukturen physisch zu bündeln, vorhandene Verkehrstrassen zum Aufbau eines Overlay-Netzes zu nutzen und die verfügbaren Übertragungstechnologien sinnvoll mit anderen Infrastrukturen zu kombinieren.
Das Herzstück der Energiewende liegt im Bereich Smart Grid. Nach Berechnungen des VDE wird in Schwachlastzeiten bei gleichzeitigem Starkwind beziehungsweise hoher KWK-Erzeugung europaweit ein Überschuss an regenerativer und KWK-Einspeisung entstehen – 2010 geschah das bereits in der Größenordnung von etwa 10 %, 2020 sind bis circa 20 % und 2030 bereits bis zu 45 % zu erwarten. Um Erzeugung und Verbrauch elektrischer Energie unter den Bedingungen eines hohen Anteils fluktuierender erneuerbarer Energien synchronisieren und die Netze stabilisieren zu können, ist der Aufbau von Smart Grids dringend erforderlich. Sie ermöglichen es auch, durch Lastmanagement ein großes und weiter steigendes ungenutztes Leistungspotenzial in Haushalten und Industrie auszuschöpfen.
Schon jetzt besitzt Deutschland ein theoretisches Leistungspotenzial von zirka 25 GW (2010), welches sich bis 2030 verdoppeln kann. Das technische über einen Tag nutzbare Leistungspotential beträgt nach Simulationen und Analysen des VDE allerdings 8,5 GW (2010). Hiervon entfällt circa die Hälfte auf den Haushaltsbereich, zum Beispiel durch große thermische Speicher beim Endkunden. Ein erhebliches Potenzial liegt auch in den Bereichen Industrie sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistung (GHD). Praktisch genutzt wird es heute jedoch nur in der Industrie.
Ein weiterer Bereich, in der die Einstellung „es funktioniert doch“ unangenehme Folgen mit sich bringen könnte, ist der IT-Bereich. Eine leistungsfähige IKT-Infrastruktur, die eine sichere und effiziente Datenübertragung in Echtzeit und die Skalierbarkeit für neue Anwendungen ermöglicht, ist nämlich ihrerseits die Basis für Smart Grids. Um alle Ebenen des Energieversorgungssystems mit IKT-Intelligenz auszustatten und ein voll integriertes, bidirektionales Kommunikationsnetz zu etablieren, sollte der Ausbau der IKT-Infrastruktur deshalb forciert und visionär gestaltet werden.
IKT-Technologien: Hidden Champions
Die Steigerung der Energieeffizienz auf allen Systemebenen ist ein weiterer wichtiger Baustein der intelligenten Energieversorgung der Zukunft. Während der Bedarf an Primärenergie in Deutschland seit 1990 stagniert, ist der Stromverbrauch seitdem um mehr als 30 % gestiegen – trotz erheblicher Effizienzstei- gerungen bei Geräten, Netzen und Prozessen. VDE-Berechnungen zeigen: Bei Nutzung aller Potenziale und ohne weitere Elektrogeräte könnte der Stromverbrauch um etwa 40 % bis 2025 sinken. „Weiter wie bisher“ zieht eine Steigerung um 60 % nach sich. Realistisch wird der Strombedarf aber wohl weiter zulegen, wobei die verbesserte Effizienz den Mehrverbrauch bei neuen Anwendungen kompensiert.
Vieles ist sofort möglich. Bei einer Erhöhung der Wirkungsgrade von Kleinmotoren von derzeit 40 bis 75 % auf mögliche 85 % in den rund 100 Mio. Haushaltsgeräten ist mit Einsparungen von 8,2 TWh jährlich zu rechnen. Durch den Einsatz verbrauchssparender Geräte und energiesparendes Verhalten ließen sich allein die Stand-by-Verluste in den Haushalten um 5 bis 10 TWh reduzieren, was ein bis zwei % des gesamten Stromverbrauches entspricht. Die größten Potenziale stecken in der Optimierung von Gesamtanlagen in der Industrie. Hier sind bis zu 40 % Einsparungen realisierbar.
Das bedeutet: Energieeffizientere Geräte und energiesparendes Verhalten der Industrie und der Verbraucher können einen wichtigen Beitrag zu dem zunehmenden Energieverbrauch leisten und die steigenden Energiekosten auf Verbraucherseite kompensieren helfen. Dazu ist allerdings ebenfalls ein beschleunigter und radikaler Technologiewechsel mit entsprechenden Rahmenbedingungen und Marktanreizen nötig.
Die technologische Grundlage für mehr Energieeffizienz liefert insbesondere die Leistungselektronik. Gerade weil der große Beitrag der Mikroelektronik und IT „mit bloßem Auge“ nicht erkennbar ist, bleibt es umso wichtiger festzuhalten: Die Energiewende ist ohne den Einsatz und die Weiterentwicklung der Mikroelektronik und der IKT-Infrastruktur nicht machbar. Deshalb empfiehlt der VDE, die Mikroelektronik und IKT-Basistechnologien strategisch zu stärken sowie den Ausbau der IKT-Infrastruktur visionär zu gestalten. Dazu ist eine entsprechende Ausrichtung der nationalen und europäischen Förder- und Infrastrukturpolitik nötig.
VDE, Tel.: 069 6308-461, E-Mail: melanie.unseld@vde.com
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