Von Jeremy Cook
Das Smart Grid ist grob definiert als die digitale Technologie, die eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen einem Versorgungsunternehmen und seinen Kunden ermöglicht. Versorgungsunternehmen müssen nicht mehr durch manuelles Ablesen des Zählers herausfinden, wie viel Energie ein Kunde verbraucht hat, sondern können diese Informationen mit Hilfe von Stromzählern und anderen Überwachungsgeräten liefern – und diese Informationen sogar fast in Echtzeit zurückerhalten.
Dank dieser Erkenntnisse können die Versorgungsunternehmen viel schneller als bisher auf Probleme oder einen erhöhten Bedarf reagieren. Außerdem bieten sie den Kunden Echtzeitstatistiken und eine bessere Kontrolle über ihren Stromverbrauch. Ein großer Teil der Mess- und Leitungsinfrastruktur ist heute „intelligent“, aber das war nicht immer so. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie sich die Smart-Grid-Technologie entwickelt hat und wohin sie sich in der „Smart-Grid-Zukunft“ entwickeln wird.
Die Ursprünge des Stromnetzes
Die ersten Stromverteilungssysteme wurden in den späten 1870er und frühen 1880er Jahren in Betrieb genommen. Die Stromerzeugung war extrem lokal begrenzt und übertrug die Energie in den meisten Fällen weniger als eineinhalb Kilometer weit. Nachdem die Übertragung von Gleichstrom auf Wechselstrom umgestellt wurde, fiel die Stromerzeugung in den Zuständigkeitsbereich größerer unabhängiger Betreiber in Großstädten, die jeweils über eigene Übertragungsleitungen verfügten. Ein Gebäude in New York konnte zwischen mehreren Stromquellen wählen – eine Bereicherung, aber auch ein Ärgernis, während abgelegene Gebiete im übertragenen und im wörtlichen Sinne im Dunkeln saßen.
In den USA änderte sich dies während der großen Wirtschaftskrise, als viele dieser konkurrierenden Energieversorgungsunternehmen ihre Geschäftstätigkeit aufgaben. Die Bundesregierung investierte in großem Umfang in Infrastrukturprojekte wie das Tennessee-Valley-Authority-Dammsystem zur Stromerzeugung und schuf die notwendigen Voraussetzungen dafür, dass die Energieversorgungsunternehmen zusammenarbeiten konnten, ohne mehrere Leitungen zu benötigen. Nach dem Zweiten Weltkrieg waren in den USA Stromerzeugungsanlagen und -verteilung fest miteinander verbunden, um Spitzenlasten abzudecken und die Stromversorgung zu sichern.
Heute gibt es in den USA drei Netze: die westliche, die östliche und die texanische Zone. Texas ist als Staat an allen drei Netzen beteiligt, und im Westen von Texas gibt es sogar ein Gebiet, das an alle drei Netze angrenzt. Kanada ist auch an den westlichen und östlichen Netzen beteiligt und verfügt über eine unabhängige Zone in Quebec. Diese Zusammenarbeit zwischen Kanada und den USA hat sicherlich Vorteile, aber sie bedeutet auch, dass großflächige Stromausfälle – wie der Northeast Blackout von 1965 und sein Nachfolger im Jahr 2003 – über die jeweiligen Landesgrenzen hinaus Auswirkungen haben können.
Intelligente Technologie geht online
Das moderne Smart Grid trägt dazu bei, weit verbreitete Stromausfälle zu vermeiden, und ermöglicht es den Versorgungsunternehmen, mit schwankender Last und dezentraler Erzeugung umzugehen und gleichzeitig den Zugang der Kunden zu Informationen über ihren eigenen Verbrauch zu verbessern. Vorangetrieben wurde das intelligente Netz durch die Entwicklung der automatischen Zählerablesung (AMR). AMR-fähige Zähler ermöglichen es Technikern, in der Nähe vorbeizugehen oder zu fahren, um Abrechnungs- und sonstige Informationen drahtlos und ohne Sichtprüfung zu empfangen.
AMR hat sich zur Advanced Metering Infrastructure (AMI) weiterentwickelt, bei der ein Techniker vor Ort für die Zählerablesung nicht mehr benötigt wird und die Informationen automatisch an das Energieversorgungsunternehmen weitergeleitet werden. Bei einer möglichen Umsetzung dieser Technologie bilden die Zähler untereinander ein Mesh-Netzwerk für die lokale Datenübertragung. Dieses Netz ist dann über ein spezielles Relaisgerät mit dem Energieversorgungsunternehmen verbunden, das das zellulare Datennetz nutzt.
Diese Art von Echtzeit-Datenschnittstelle bedeutet, dass die Energieversorgungsunternehmen den unmittelbaren Energiebedarf und die allgemeinen Trends genau erfassen können. Außerdem können die Kunden so ihren Verbrauch überwachen und ihr Verhalten anpassen, um ihre Rechnungen zu senken. Und die Zwei-Wege-Kommunikation ermöglicht es einem Versorgungsunternehmen, Kunden zu Wartungs- oder Abrechnungszwecken abzuschalten.
Die Zukunft des intelligenten Stromnetzes
Die weitere Verbreitung intelligenter Netztechnologien wird zu einer effizienteren Ressourcennutzung und einer geringeren Wahrscheinlichkeit von kaskadenartigen Stromausfällen aufgrund von Geräteausfällen beitragen. Da solche Stromausfälle jedoch ungefähr in jeder Generation auftreten, ist es schwierig, den tatsächlichen Nutzen zu ermitteln. Massive Stromausfälle mögen heute selten sein, aber die neue Herausforderung des 21. Jahrhunderts wird darin bestehen, mit der unsteten Natur grüner Energietechnologien wie Solar und Wind umzugehen. Der Wind weht, wie er will, und die Sonne ist bekanntlich launisch. Mit der Integration von KI und Big Data kann das Smart Grid möglicherweise dazu beitragen, diese Unvorhersehbarkeit in den Griff zu bekommen.
Wahrscheinlich wird es mehr Initiativen wie das EnergyWise-Programm von Duke Energy geben, bei dem Warmwasserbereiter, Poolpumpen und HLK-Systeme je nach Bedarf vorübergehend abgeschaltet werden. Das System ist so intelligent, dass es zuerst den Warmwasserbereiter ausschaltet, was von den Hausbesitzern weitgehend unbemerkt bleibt. Danach kommen die Poolpumpen und zuletzt die HLK-Systeme. Ich persönlich habe es jahrelang genutzt und keinerlei Auswirkungen bemerkt, abgesehen von einer etwas niedrigeren Stromrechnung durch eine Gutschrift für die Anmeldung.
Die Integration von Eigenstromerzeugung und Mikronetzen in das gesamte Stromnetz erfordert eine Koordinierung zwischen größeren Versorgungsunternehmen und einer Reihe kleinerer Akteure, die wahrscheinlich durch diese intelligenten Netzkonzepte erleichtert wird. Haushalte und Unternehmen können auch mehr Echtzeit-Feedback zum Stromverbrauch und zur Stromerzeugung erwarten, wenn sie ihren Verbrauch über die monatlichen Rechnungen hinaus genauer untersuchen wollen. Die Entwicklung der Smart-Grid-Technologie: Effizienz jenseits von Stromzählern?
Die Technologie der intelligenten Stromnetze könnte im nächsten Jahrzehnt unser Verhältnis zur Stromnutzung verändern, sowohl in den USA als auch international. Schnell verfügbare Daten über die Nutzung eines Gebäudes ermöglichen es uns, unsere Ressourcen besser zu nutzen. Das hier beschriebene Smart Grid bezieht sich zwar auf die Elektrizitätswirtschaft, aber die meisten der vorgestellten Konzepte lassen sich auch auf die Gas- und Wassermessung anwenden.
