Der Anteil erneuerbarer Energien nimmt weltweit stetig zu. Allein in Deutschland macht er heute schon 25 Prozent aus. Doch die Schwankungen der Stromproduktion in Abhängigkeit von Wetter und Tageszeit bringen herkömmliche Netze, die zu einem großen Teil aus den "unzuverlässigen" erneuerbaren Energiequellen gespeist werden, an ihre Grenzen. Die Lösung heißt "Smart Grids", ein Energienetz, das durch intelligentes Energiemanagement dafür sorgt, dass Strom genau dann verbraucht wird, wenn er zur Verfügung steht und umgekehrt.

moma – das weltweit erste Smart Grids

In Mannheim und Dresden wurde von 2008 bis 2012 das weltweit erste Smart Grids in 1000 Haushalten implementiert und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass ein intelligentes Stromnetz nicht nur erneuerbare Energien weitgehend verwerten kann. Es beschert den Verbrauchern obendrein erhebliche Kostenersparnis. Kein Wunder, dass das Forschungsprojekt "Modellstadt Mannheim", kurz moma, für internationales Aufsehen sorgt. Nicht nur CNN berichtete .

Wie funktioniert das moma Smart Grids?

Eines der Kernstücke ist eine intelligente Steuereinheit beim Verbraucher, der sogenannte Energiebutler – eine Box, nicht größer als ein DSL-Router. Er misst gemeinsam mit einem Smart Meter den Stromverbrauch jedes elektrischen Geräts im Haus. Zugleich beobachtet er, wie viel Strom im Netz verfügbar ist. Und er kennt die Strompreise zu jeder Tageszeit, dank eines Tarifplans für den kommenden Tag. Der wird jede Nacht vom Stromversorger per Breitbandkommunikation durch das Stromnetz selbst übermittelt. Weht am Nachmittag an der Nordsee viel Wind, wird der Strom an der Strombörse billig. Dann lässt der Energiebutler die Energiefresser des Haushalts laufen. Die Kühltruhe zum Beispiel kühlt dann vor. Ab vier Uhr, wenn wenig Wind weht und der Strom teurer ist, schaltet er sie nur noch sporadisch ein, gerade so oft wie nötig, um die Temperatur zu halten. "Auf der Grundlage seiner Informationen wird der Energiebutler in Zukunft Einsatzpläne für elektrische Geräte im Haus erstellen", sagt moma-Projektleiter Andreas Kießling.

Die Energiesparmöglichkeiten, die so gehoben werden, heißen "Lastverschiebungspotentiale". Damit sind Strommengen gemeint, die nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt verbraucht werden müssen, sondern auf das Angebot grünen, billigen Stroms warten können. Sie sind es, die bei moma im Mittelpunkt des Interesses stehen. Sie spiegeln die nötige Flexibilität auf Verbraucherseite, mit der sich die unzuverlässige Verfügbarkeit erneuerbarer Energien auffangen lässt. Das gesamte Verschiebepotenzial in privaten Haushalten schätzt Kießling auf sechs bis acht Prozent.

Voraussetzung für diese Vision ist eine leistungsfähige und schnelle Interaktion aller Komponenten im Verteilnetz. In moma erfolgt dies über ein sogenanntes Breitband-Powerline -Netz, das IP-basierte Datenübertragung über das Stromnetz selbst ermöglicht.

Zellulare Systemarchitektur aus Verbraucher-Erzeugern

Doch Haushalte werden in Zukunft nicht mehr nur Verbraucher, sondern auch Erzeuger sein, die Strom ins Netz einspeisen, beispielsweise aus der Solaranlage auf dem Dach. Dadurch werden die Stromflüsse im öffentlichen Netz immer komplexer. Für eine zentrale Steuerung sind sie irgendwann nicht mehr beherrschbar. Blackouts drohen. Darum ist das moma-Netz aus Zellen aufgebaut, aus Stadtvierteln quasi, deren Gebäude durch mehrere Trafostationen miteinander verbunden sind. Diese Zellen können unabhängig voneinander funktionieren, auch weil in ihnen selbst Energie erzeugt wird, sei es durch Solarzellen, Windräder oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. An den Trafostationen überwacht eine Softwarekomponente, ähnlich dem Energiebutler im Haus, Erzeugung und Verbrauch einer Zelle und kauft bei Bedarf Strom aus dem gesamten Netz zu.

Verbunden sind diese Zellen durch eine übergeordnete, sogenannte Systemzelle, die den sicheren Betrieb des Netzes insgesamt steuert.

Stabil und versorgungssicher

Zwei weitere Vorteile bringt das moma-Netz: Stabilität und Versorgungssicherheit. Kießling vergleicht es mit dem Internet: "Wenn in einem harten Winter der Nachschub für große Kohlekraftwerke stockt oder Stromleitungen unter der Schneelast zusammenbrechen, dann können im zentral gesteuerten Übertragungsnetz ganze Netze landesweit bis europaweit zusammenbrechen. In einem System dagegen, das sich in Zellen mit hoher Eigenverantwortung steuern lässt, können Netzbereiche ausfallen, während andere noch funktionieren. Es ist also ein Beitrag zur Versorgungsicherheit, zellular und nicht zentral zu denken."

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