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Energieerzeugung/-vetreilung: Steuern und kommunizieren im "Smart Grid"

Das Stromnetz wandelt sich von einem verbrauchs­orientierten zu einem erzeugungsorientierten Netz, mit unzähligen Mikrokraftwerken sowie einer diskontinuierlichen Energie-Erzeugung. Wie lässt sich ein solches „Smart Grid“ nach IEC 60870-5-101/104 und 61850 automatisieren?

Wago, Windenergieanlage mit Solarzellen Bildquelle: © Wago

Noch in diesem Jahrhundert endet das Zeitalter der einfachen Energiebeschaffung durch Abbau und Verbrennung fossiler Brennstoffe. Parallel dazu fordert die Bundesregierung bereits seit 2002 zum Schutz des globalen Klimas die Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Weiterhin zwingt der geplante Ausstieg aus der Kernenergie zu mehr Energie-Effizienz und zur Nutzung regenerativer Energieträger. Unter diesen Bedingungen muss die antizyklisch auftretende Energie aus Wind, Sonne und Wasser im großen Stil nutzbar gemacht werden. Dies stellt neue Anforderungen an die Energiewirtschaft. Zukünftig müssen die aktuellen verbrauchsorientierten Energieversorgungsnetze zu erzeugungsorientierten Netzen umgebaut werden und das Puffern von Energie erlauben.

Im letzten Jahr benötigte Deutschland 601 TWh an elektrischer Energie. Davon entfielen 17 % auf erneuerbare Energieträger und hiervon wiederum mehr als ein Drittel auf die Windenergie. Wind-Energie-Anlagen (WEA) und Wasserkraftwerke stellen die effektivste Form der Stromerzeugung aus regenerativen Energieträgern dar. Die Photovoltaik erwirtschaftete mit einem Wirkungsgrad zwischen 15 und 20 % je nach Hersteller nur einen Anteil von 2 %. Um nur die Hälfte des deutschen Strombedarfs aus 2010 – also 300 TWh – über Windenergie abzudecken, wären dafür rund 60 000 Anlagen mit 2,5 MW und 2000 Volllaststunden pro Anlage erforderlich. Für Offshore-Anlagen verbessert sich diese Rechnung, da ein wesentlich kleinerer Windausfall angenommen werden darf.

Diese einfache Rechnung demonstriert, dass zukünftig eine Vielzahl von Mikrokraftwerken in das Netz zu integrieren ist. Verbessern sich die Wirkungsgrade von Windenergie- und Photo­voltaik-Anlagen in den kommenden zehn Jahren nicht drastisch, entsteht eine Vielfalt fast nicht zu beherrschender Mikro-Energiequellen. Dazu kommt die Problematik einer diskontinuierlichen Energie-Erzeugung der Energieträger Wind, Sonne und Wasser, die dem verbrauchsorientierten Netz schwankende, wenig vorhersehbare Einspeisungen beschert.