Wie Smart Grids Stromausfälle vorhersagen und verhindern

Was sind Smart Grids?

Smart Grids sind Stromnetze, die digitale Technologien wie Sensoren, automatisierte Steuerungssysteme und künstliche Intelligenz (KI) nutzen, um den Energiefluss in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stromnetzen, die Energie nur in eine Richtung leiten – von den Erzeugern zu den Verbrauchern –, sind Smart Grids interaktiv. Das bedeutet, dass Verbraucher, Erzeuger und Stromspeicher direkt miteinander verbunden sind.

Das können Smart Grids

1. Echtzeitüberwachung und -vorhersage

Mithilfe von Sensoren und der Analyse von Daten können Smart Grids den Zustand des Stromnetzes in Echtzeit überwachen. Beispielsweise erkennt das Netz unplanmäßige Lastspitzen, bevor diese kritische Werte erreichen. So können frühzeitig Maßnahmen wie Lastverschiebungen oder die Aktivierung von Reservekapazitäten eingeleitet werden.

Beispiele

• Das CAISO-Smart-Grid aus Kalifornien nutzt KI-basierte Systeme, um die Stromnachfrage vorherzusagen. In heißen Sommermonaten, wenn Klimaanlagen den Energieverbrauch drastisch erhöhen, kann das System Verbraucher warnen und Energieumleitungen vorschlagen, um Überlastungen zu vermeiden.
• Das Texas Power Grid des Reliability Council of Texas (ERCOT) nutzt fortschrittliche Datenanalyse und KI, um die Energieproduktion aus verschiedenen Quellen zu optimieren und Echtzeit-Lastverschiebungen vorzunehmen. Besonders bei unvorhersehbaren Wettereignissen wie Stürmen kann es die Stromnachfrage anpassen und Notfallpläne aktivieren, bevor kritische Engpässe entstehen.
• Das britische Smart Grid in der Region Cornwall verwendet KI, um Prognosen für den Strombedarf während Spitzenzeiten zu erstellen. Das System analysiert Daten aus verschiedenen Quellen, darunter Wetterdaten und Verbrauchsmuster, um die Bereitstellung von Energie aus erneuerbaren Quellen zu maximieren und Engpässe zu vermeiden.

2. Integration erneuerbarer Energien

Die Integration von Solar- und Windenergie ist essenziell für die Energiewende, bringt aber auch Herausforderungen mit sich, da diese Quellen wetterabhängig sind. Smart Grids können die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien vorhersagen und den Verbrauch entsprechend anpassen.

Beispiele

• In Dänemark arbeiten die Smart Grids des Unternehmens Energinet mit Wetterstationen zusammen, um die Energieproduktion aus Windkraft zu prognostizieren. Dadurch werden Lasten effizient verteilt, und überschüssige Energie wird in Batteriespeichern oder Wasserstoffsystemen zwischengespeichert.
• In Südaustralien werden intelligente Netze in Verbindung mit Wetterdaten genutzt, um die Produktion aus Windkraft zu prognostizieren, da Windenergie dort eine bedeutende Rolle spielt. Die Smart Grids optimieren den Netzbetrieb, indem sie flexibel auf die Schwankungen von Wind und Sonne reagieren. Dies ermöglicht eine bessere Nutzung der erneuerbaren Energien und verhindert Überlastungen des Netzes.
• In der Region Xinjiang, China, die eine hohe Kapazität an Solarenergie aufweist, werden intelligente Netze eingesetzt, um die Energieproduktion aus Solarparks aufgrund von Wetterprognosen zu steuern. Bei Überschussproduktion wird diese Energie in großen Speichern oder durch den Austausch mit benachbarten Regionen genutzt.

3. Automatische Fehlerbehebung

Wenn es zu lokalen Störungen kommt, können Smart Grids diese automatisch isolieren, um die Auswirkungen auf den Rest des Netzes zu minimieren. Dies geschieht durch Selbstheilungsmechanismen, die fehlerhafte Komponenten identifizieren und den Stromfluss umleiten.

Beispiele

• Das intelligente und flexible Stromnetz in Singapur kann bei einer Unterbrechung innerhalb von Sekunden alternative Routen für die Stromversorgung ermitteln, ohne dass Verbraucher davon betroffen sind.
• Im Rahmen des ERCOT-Systems in Texas kann das intelligente Energienetzwerk bei Ausfällen oder Störungen den betroffenen Bereich isolieren und den Stromfluss automatisch umleiten. Dies minimiert Ausfälle und verhindert, dass sie sich auf andere Teile des Netzes ausbreiten. Durch den Einsatz von Echtzeit-Datenanalyse und intelligenten Algorithmen kann das System auch die Ursache der Störung schnell identifizieren und Lösungen implementieren.

4. Verbraucher als Energieproduzenten

Smart Grids ermöglichen es Verbrauchern, aktiv an der Energieverwaltung teilzunehmen. Durch Smart Meter können Haushalte ihren Energieverbrauch in Echtzeit überwachen und Stromkosten sparen, indem sie energieintensive Geräte zu Zeiten niedriger Nachfrage nutzen.

Beispiele

• In den USA bieten verschiedene Stromanbieter wie Pacific Gas and Electric (PG&E) und Consolidated Edison (Con Edison) „Smart Home“-Programme an, die es Verbrauchern ermöglichen, ihre Geräte über Smartphone-Apps zu steuern und zu überwachen. Verbraucher können in Echtzeit nachverfolgen, wie viel Energie ihre Geräte verbrauchen und entsprechende Anpassungen vornehmen. Dies ist besonders nützlich, um Geräte wie Klimaanlagen oder Heizungen so zu steuern, dass sie zu Zeiten mit niedrigerer Nachfrage laufen, um Kosten zu sparen.
• Italien hat eines der größten Smart-Meter-Projekte in Europa umgesetzt: das „Open Meter“-Projekt. Mithilfe von Smart Metern in Haushalten können Verbraucher ihren Stromverbrauch direkt überwachen und haben Zugang zu detaillierten Daten über ihren Energieverbrauch. Dies hilft den Nutzern nicht nur, ihre Gewohnheiten zu analysieren, sondern auch von flexiblen Tarifen und Angeboten zu profitieren. Enel plant, bis 2025 über 30 Millionen italienische Haushalte mit Smart Metern auszurüsten.
• In Australien fördern Versorgungsunternehmen wie Ausgrid und Origin Energy „Time-of-Use“-Tarife (TOU), bei denen die Verbraucher je nach Tageszeit unterschiedliche Preise zahlen. Der Vorteil für die Verbraucher ist, dass sie ihre Nutzung auf Zeiten mit niedrigerer Nachfrage verschieben können, um Kosten zu senken. Wenn beispielsweise mehr Sonnenenergie erzeugt wird und die Nachfrage insgesamt geringer ist, können Haushalte ihre Geräte zu günstigen Zeiten betreiben.

Smart-Grid-Technologie befindet sich noch in den Kinderschuhen

Obwohl Smart Grids viel Potenzial bieten, stehen sie vor Herausforderungen wie hohen Investitionskosten, Cybersicherheitsrisiken und der Notwendigkeit internationaler Standards. Trotzdem sind die Fortschritte unübersehbar. Zukunftsorientierte Technologien wie Blockchain, Quantencomputer und maschinelles Lernen könnten die Effizienz und Sicherheit von Smart Grids weiter steigern.

Die Zukunft wird virtuellen Kraftwerken gehören

Eine vielversprechende Perspektive sind virtuelle Kraftwerke, in denen viele kleine Energiequellen wie Solaranlagen und Batteriespeicher zentral gesteuert werden, um wie ein großes Kraftwerk zu agieren. Ein Beispiel dafür ist das Projekt ION Power Grid aus Salzburg, Österreich, das verteilte Energieressourcen wie Solarzellen, Windturbinen und Batteriespeicher zu einem einheitlichen Netzwerk zusammenschließt.

Mithilfe fortschrittlicher Algorithmen optimiert das virtuelle Kraftwerk die Energieverteilung in Echtzeit, gleicht Angebot und Nachfrage aus und bietet den Netzbetreibern Flexibilitätsdienstleistungen an. Diese Dienste tragen zur Stabilisierung des Netzes bei, indem sie Frequenz und Spannung regulieren, während die Teilnehmer durch Blockchain-basierte Token für die Bereitstellung flexibler Energie belohnt werden können. Das virtuelle Kraftwerk erhöht die Netzzuverlässigkeit, integriert erneuerbare Energien effizient und unterstützt den Übergang zu einem dezentralen Energiesystem.