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Das Projekt Energy-2-Hub zeigt wie Energiegewinnung - hier über Photovoltaikmodule - aussehen kann.
Der Gewerbepark Windeck-Schladern von oben.
Arndt Schäfer ist Managing Director bei Energy-2-Hub.
Professor Jochen Kreusel ist VDE-Präsidiumsmitglied und Leiter der Sektorinitiative Smart Grids bei ABB.

Im Rahmes des geplanten Energiekonzepts kann die Frage aufkommen, ob zukünftig nicht mehr zu jeder Zeit die gewünschte Menge Strom zur Verfügung steht beziehungsweise ob jeder Verbraucher das System ohne Einschränkungen in Anspruch nehmen kann. Keine unberechtigte Nachfrage, darin sind sich viele Experten einig. Allein aufgrund der Tatsache, dass es wegen der schwankenden Einspeisung eine komplexe Aufgabe für die Netzbetreiber darstellt, darauf zu achten, den Stromfluss mengenmäßig zu regeln. Dr.-Ing. Volker Bühner, ist Principal Consultant bei der Kister AG, er erläutert die Problematik: „Es besteht jederzeit die Gefahr, dass die Netze instabil werden, da sie häufiger als bisher so nah am Limit betrieben werden.“

Status Quo: Zentrale Strukturen

Bisher führten Kraftwerke den erforderlichen Abgleich zwischen Einspeisung und Verbrauch durch. Die Verbraucher sind zwar ein Teil des dezentralen Systems, aber noch nicht aktiv in diesen Regelungsprozess integriert. Das bedeutet, dass die dezentrale Erzeugung hierzu bisher keinen Beitrag leistet. Faktisch sieht das Gesamtbild so aus: In Deutschland sind weniger als 1000 Kraftwerke und lediglich rund 6500 Schaltanlagen in die Automatisierung des elektrischen Versorgungssystems integriert. Tendenziell gesehen, ist das eine begrenzte Infrastruktur.

„Diese wenigen Elemente sind durch eine zweckgebundene Kommunikationsinfrastruktur miteinander verbunden“, erklärt Prof. Jochen Kreusel, VDE-Präsidiumsmitglied und Leiter der Sektorinitiative Smart Grids bei ABB, „wobei die Automatisierungssysteme mit einem verhältnismäßig hohen Engineeringaufwand maßgeschneidert für die einzelnen Anlagen konzipiert wurden.“ Mit diesem Ansatz ist „das deutsche Stromnetz mit einer durchschnittlichen Ausfallzeit von 16,2 Minuten pro Stromkunde (Stand: 2011) eines der zuverlässigsten in Europa.“ Dies belegt die jüngste Ausfallstatistik des Forums Netztechnik / Netzbetrieb beim VDE.

Auf Sicherheit setzen

Die Sicherheit ist nach Meinung verschiedener Experten einer der entscheidenden Erfolgsfaktoren. Es gibt allerdings mehrere Schutzziele, je nach Fachrichtung aus der man diese Thematik betrachtet. Eine grundsätzliche Sicherheitsherausforderung besteht nach Ansicht von Jochen Kreusel darin, dass „wir einen vollkommen entflochtenen Markt mit Wettbewerb bis zu den kleinsten Einheiten haben“. Dies bedeutet, dass die dezentralen Elemente für Dienstleister praktisch beliebig zugänglich sein müssen, was eine offene Vernetzung mit geeigneten Autorisierungsmechanismen erfordert. Der Schutz dieses Systems lässt sich weitaus schwieriger realisieren, im Gegensatz zu vertikalen, in sich geschlossenen Automatisierungslösungen für einzelne Teile des Systems.

Entwicklung volle Kraft voraus

Generell besteht ein hoher Entwicklungsbedarf im Bereich der Steuertechnik, da mit vielen Komponenten ein hoher Komplexitätsgrad in der Infrastruktur einhergeht. Erschwerend kommt laut Professor Kreusel hinzu, „dass die dezentrale Einspeisung in die Niederspannungsnetze dazu führt, dass künftig auch dieser zahlenmäßig bei weitem größte Teil der Netze überwacht und gesteuert werden muss – was bisher nicht der Fall war“.

Obwohl die erforderlichen Funktionen mit Lösungen für die höheren Spannungsebenen prinzipiell verfügbar sind, lassen sich hieraus bei den anstehenden Entwicklungsaufgaben nicht unbedingt Rückschlüsse ziehen. Denn die Produkte für den bisher nicht automatisierten Teil der elektrischen Verteilungsnetze müssen wegen der hohen Stückzahlen ganz anderen Kostenanforderungen genügen und in weitaus höherem Maße selbstkonfigurierend sein.

Ähnliche Anforderungen bestehen jenseits der Grenzen der elektrischen Netze bei dezentralen Erzeugern oder Verbrauchern, die man beispielsweise am Lastmanagement beteiligen will. Dafür ist die Entwicklung geeigneter Kommunikationsschnittstellen erforderlich. Auch dezentrale Erzeugungsanlagen müssen sich künftig stärker an der Leistungsfrequenz-Regelung beteiligen. Dazu muss eine Weiterentwicklung der Umrichter von Wind- und Solarenergieanlagen erfolgen.

Motivation und Hemmnis

Mit der zukünftigen Regelung der Energieversorgung sind gute Perspektiven für Deutschland verknüpft. Die Experten beim VDE gehen davon aus, dass das Zusammenwachsen des IKT- und Energienetzes wichtige Standortchancen eröffnet. Doch das hängt maßgeblich von den geschaffenen Voraussetzungen ab. Neben den geeigneten Geschäftsmodellen gehört die technologische Weiterentwicklung dazu; so erachtet der Verband etwa eine deutliche Intensivierung der Batterie- und Speicherforschung als notwendig. Die große Anzahl von Einheiten, die aus der dezentralen Erzeugung resultieren, bringen Anforderungen mit sich, die man wirtschaftlich effizient und sicher lösen muss. Doch hier ist das „wie“ noch nicht geklärt.

Nach Meinung von Professor Kreusel fordern die neuen Herausforderungen eine andere Herangehensweise. Diese ergeben sich daraus, dass „wenn wir in Zukunft die Energie der Kraftwerke durch Einspeisung von Wind- und Solarenergie ersetzen, diese Energiequellen an der Ausgleichsaufgabe beteiligen werden müssen“. Die Tatsache, und die Frage nach der Wartung der Einheiten, ließen es sinnvoll erscheinen, auch die dezentralen Elemente und – wenn es sinnvoll ist, ebenso die Verbraucher – in ein Kommunikationssystem einzubinden. Eine Plug-and-play-Variante eigne sich dazu. Dafür bedürfe es aber an neuen Konzepten und das folgerechte Umsetzen in einzelne Geräte.

Dezentrale Energiegewinnung und -nutzung

Im Hinblick auf die verbrauchsnahe Erzeugung und Nutzung von Energie gibt es Projekte, die eine integrierte Betrachtungsweise aufweisen – etwa www.energy2hub.com. Der in Windeck-Schladern errichtete Gewerbestandort stellt unter der wirtschaftlichen und der ökologischen Perspektive einen guten Ansatz dar. Ein brachliegendes Betriebsgelände verwandelte man unter Berücksichtigung lokaler Effizienzgewinne und Nachhaltigkeitsaspekten so, dass der Betreiber und die angesiedelten Unternehmen davon profitieren. Wie funktioniert Energy-2-Hub? Für die Anmietung einer Gewerbefläche muss ein Betrieb mit einer explizit Energie-intensiven Produktion über 24 Stunden eine Grundlast von 50 kW benötigen – dies ist als Standardbedarf dekliniert. Da ein Anschluss an das Versorgungsnetz besteht, lässt sich die Grundlast über diese abdecken. Da der eigentlich kostenintensive Posten in der Energieversorgung die Lastspitze ist, greift hier das Konzept des Betreibers: Der Ausgleich von Lastspitzen kann über die auf dem Betriebsgelände erzeugte Energie erfolgen. Hierbei nutzt man unterschiedliche Energiequellen wie die Solarenergie. Der Hauptanteil im Mix der erzeugten regenerativen Energie stammt aus dem Blockheizkraftwerk – ein essenzieller Baustein im Konzept ist die Kraftwärmekoppelung resultierend aus dem Einsatz von Biogas.

Der Aufbau der notwendigen Infrastruktur für die interne Stromverteilung ist dabei mit wenig Aufwand verbunden. Der Knackpunkt liegt im Monitoring. Arndt Schäfer, Managing Director bei Energy-2-Hub erläutert: „Wir müssen sicherstellen, dass wir bedarfsorientiert exakt so viel produzieren, wie die Unternehmen benötigen, da überschüssig erzeugte Energie für uns einen Verlust bedeutet.“ Alternativ müsste man diese in das Versorgungsnetz einspeisen, was entweder mit tatsächlichen Kosten verbunden ist oder sie ginge einfach verloren. Doch genau hier fehlen nach Angaben von Schäfer noch die Komponenten, die ein „vernünftiges Metering zur zeitnahen Erfassung der notwendigen Daten“ ermöglichen. Für kleinere autarke Gewerbeflächen wie das Projekt gilt es, Module zu entwickeln, die dem Nutzer eine vereinfachte Kommunikation und Darstellung „ohne Kurven und Zahlen“ bieten. „Dies ist eine komplexe Aufgabenstellung, die sich hoffentlich letztendlich nicht in allzu hohen Anschaffungskosten widerspiegelt“, so Arndt Schäfer, „denn eigentlich sollte die Energiewende nicht daran scheitern, dass effizientere Maßnahmen für den Mittelstand nicht finanzierbar sind.“