Intelligentes Stromnetz (Smart Grid). Chancen, Möglichkeiten und Widerstände der Zukunftstechnologie


Seminararbeit, 2018
28 Seiten, Note: 1,7

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Zielsetzung der Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit

2 Smart Grid
2.1 Begriffserklärung
2.1.1 Konventionelles Netz
2.1.2 Smart Grid
2.1.3 Smart Market
2.2 Funktionsweise des Smart Grids
2.3 Verbreitung von Smart Grid in Deutschland

3 Chancen und Widerstände der Zukunftstechnologie
3.1 Herausforderungen und Widerstände
3.2 Chancen und Möglichkeiten

4 Fazit

Anhang

Literaturverzeichnis

Internetquellen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Das einleitende Kapitel dieser Hausarbeit beschäftigt sich zu Beginn mit der Ausgangssituation. Anschließend wird auf die Zielsetzung eingegangen und ein Überblick über den Aufbau dieser Arbeit gegeben.

1.1 Ausgangssituation

Endliche Ressourcen und die durch den Klimawandel entstandenen Veränderungen gehören seit den letzten Jahrzehnten zu den größten und wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit. Für eine nachhaltige und klimafreundliche Lösung sind alle Nationen verantwortlich, weshalb viele Länder das internationale Abkommen des “Kyoto-Protokolls” unterzeichnet haben. Primäres Ziel dieser Vereinbarung war die Reduzierung des weltweiten CO2-Ausstoßes (vgl. Umweltbundesamt, 2013). Im Zuge dessen, wurden im Rahmen der Energiewende in der Bundesrepublik Deutschland klimapolitische Notwendigkeiten verabschiedet, um die Anforderungen des Abkommens zu erreichen. Hierzu zählen unter anderem der schrittweise Abbau von fossiler Energieversorgung, der Ausstieg aus nuklearen Energieträgern bis Ende 2022 und die Reduzierung der Treibhausemmissionen bis 2020 um 40 Prozent (vgl. Adolph, 2016). Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sollen “bis zum Jahre 2025 anteilsmäßig 40 bis 50 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen” (BMWi, 2018a).

Der Ausbau und die Installation erneuerbarer Energien, bringen nicht nur eine ansteigende Dynamik ins Stromnetz, sondern auch eine Zunahme an dezentraler Erzeugungsstrukturen. Hinzu kommt noch der seit Jahren ansteigende mengenmäßige Stromkonsum, sodass Verteilernetze immer mehr an ihre Auslastungsgrenzen stoßen. Resultierend aus dieser Entwicklung, ist das Einspeise- und Verbraucherverhalten nicht im Gleichgewicht mit dem zunehmenden dezentralen Energieangebot. Eine permanente Stabilität zwischen Stromangebot und -nachfrage muss sichergestellt werden (vgl. Aichele, 2014, S.7).

Um den Anforderungen entgegenzuwirken, erfordern die energiepolitischen Entwicklungen deshalb eine Revolution des Energiesystems und der Netzversorgung. Basis hierfür sind intelligente und innovative Lösungen für den Netzausbau und -umbau, die sich in optimierten Stromnetzen den sogenannten Smart Grids wiederspiegeln. Dies führt zu einem Wandel in den Bereichen der Energieerzeugung, -speicherung, -effizienz, des Energietransports und - verbrauchs. Flexible und intelligente Netze, die mit Hilfe smarter Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) alle Akteure der Energieerzeuger und - verbraucher miteinander verbinden. Dadurch kann die dezentral gewonnene Energie, ökologisch, effizient und wirtschaftlich genutzt werden (vgl. Servatius, 2012, S. X).

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Die stetig wachsende Signifikanz des Klimaschutzes als auch der Energieeffiziens, bringen zahlreiche Herausforderungen mit sich, die nur mit Hilfe von intelligenten Stromnetzen gelöst werden können. Deshalb stellen Smart Grids eine immer wichtig werdende Zukunftstechnologie dar.

Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist, zum einen die Chancen und Potenziale und zum anderen die Herausforderungen und Widerstände von Smart Grids aufzuzeigen. Hierbei ist es wichtig ein Grundverständnis und Bewusstsein zu dem Thema „Smart Grid“ zu schaffen. Anhand einer umfassenden Literaturrecherche werden die Bedeutung und Funktionsweise erläutert. Denn aufgrund der Aktualität der Thematik, herrscht bis dato kein einheitliches Verständnis bzw. keine klare Abgrenzung über diese Technologie.

An dieser Stelle ist zu erwähnen, obwohl Smart Grid ein sehr aktuelles Thema ist, dürfte der überwiegende Teil der Literatur nicht den wissenschaftlichen Ansprüchen, in Bezug auf Aktualität, genügen. Die für diese Arbeit verwendeten Fachbücher und Artikel beziehen sich teilweise selber auf ältere Informationen. Ein Zugriff auf aktuellste Quellen, die nur zwei Jahre zurückliegen, war teilweise nicht möglich. Trotzdem wurde auf solche Quellen zurückgegriffen. Die Objektivität dieser Arbeit wird dadurch gewährleistet, dass mehrere Quellen gleichzeitig betrachtet wurden, die sich zum Teil ergänzen. Außerdem war ein Zugang auf zahlenbasierte Auswertungen und Statistiken erschwert. Diese konnten zum größten Teil nur käuflich erworben werden.

1.3 Aufbau der Arbeit

Nachdem einleitend die Ausgangssituation dargestellt und die Zielsetzung der Arbeit erläutert wurde, wird in diesem Abschnitt der Aufbau dieser Hausarbeit vorgestellt.

Um ein grundlegendes Verständnis zu dem Thema Intelligente Stromvernetzung - Smart Grid zu schaffen, befasst sich der zweite Abschnitt mit den zentralen Grundlagen und -begriffen aus der Literatur. Zuerst wird erläutert, was in dieser Arbeit unter dem Begriff „Smart Grid“ verstanden wird. Anschließend wird die Funktionsweise erklärt und die Verbreitung der intelligenten Technologie in Deutschland betrachtet.

Im dritten und dem wichtigsten Teil dieser Arbeit, werden sowohl die Herausforderungen als auch die möglichen Potenziale der Zukunftstechnologie betrachtet. Abgerundet wird diese Seminararbeit im vierten Kapitel mit einem abschließenden Fazit.

2 Smart Grid

Smart Grid ist heutzutage ein Schlagwort für Lösungsansätze in Bezug auf die Energiewende. Nach einer umfassenden Literatur- und Internetrecherche ist auffällig, dass zu diesem Thema unterschiedliche Verständnisse existieren. Zu beobachten ist, dass Smart Grid meistens als ein Universalbegriff verwendet wird, welches weit über die Netze hinausgeht. Um ein einheitliches Verständnis bezüglich Smart Grid zu generieren, beschäftigt sich das folgende Kapitel mit der grundlegenden Begriffserklärung.

2.1 Begriffserklärung

In den folgenden Unterpunkten wird zwischen dem konventionellen Netz, dem intelligenten Netz und dem Smart Market differenziert.

2.1.1 Konventionelles Netz

Als konventionelles Netz wird das bereits bestehende Stromnetz verstanden (vgl. Bundesnetzagentur, 2011, S. 11). Bestehend aus elektrischen Stromleitungen, dient es zum Transport von elektrischer Energieversorgung. Darunter werden „alle elektrotechnischen Komponenten“ verstanden, die benötigt werden, „um eine elektrische Verbindung zwischen Produzenten und Verbrauchern herzustellen“ (Bundesnetzagentur, 2011, S. 11). Konventionelle Netze sind bisher dafür ausgelegt, Stromfluss in eine Richtung zu gewährleisten.

2.1.2 Smart Grid

Ein konventionelles Netz wird dann „smart“, wenn es mit Hilfe modernster Informations-, Kommunikations-, Mess-, Steuer-, Regel- und Automatisierungstechnik aufgerüstet wird (vgl. Bundenetzagentur, 2011, S. 11). Ein intelligentes Stromnetz bzw. Energieversorgungssystem umfasst also die Steuerung und Vernetzung von smarten Erzeugern, Verbrauchern und Stromspeichern in den Übertragungs- und Verteilernetzen mit Hilfe modernster IKT und dezentral organisierter Managementsysteme. Damit sollen Systeminstabilitäten vermieden und Netzschwankungen ausgeglichen werden. Intelligente Netze machen es auch möglich Energieflüsse in beide Richtungen zu gewährleisten (vgl. Roy, 2015; vgl. Smartgrids Austria, 2016). In einem Smart Grid werden nicht nur elektrische Energien, sondern auch Daten transportiert. So können Informationen über Verbrauch und Produktion in Echtzeit abgerufen und koordiniert werden. Auf die genaue Funktionsweise von intelligenten Stromnetzten wird im Abschnitt 2.2 genauer eingegangen.

2.1.3 Smart Market

Während Smart Grid die regulierten Übertragungs- und Verteilernetze subsumiert, umfasst das Smart Market den Bereich außerhalb des Netzes. Abbildung 1 verdeutlich grafisch die genaue Differenzierung zwischen Smart Grid und Smart Market. Das bedeutet, durch Smart Grid leiten sich bzw. entstehen neue Dienstleistungen auf Grundlage der zur Verfügung stehenden Netzkapazität.

Somit kann die Übertragung und Verteilung dem Netz zugeordnet werden, während die restlichen Bereiche wie Erzeugung, Handel, Vertrieb, Messung und Kunden dem Smart Market zuzuordnen sind (s. Abb. 1). Das Smart Grid ist als ein Instrument zur Erreichung einer effizienten Netzstabilität zu sehen und auch als eine Basis für den wettbewerblich gesteuerten Smart Market.

Abbildung 1: Abgrenzung Smart Market und Smart Grid

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an Aichele, C., Smart Market, 2014, S.14

2.2 Funktionsweise des Smart Grids

Früher erzeugte ein großes Kraftwerk konstant Strom und dieser wurde mittels konventioneller Netze an die Verbraucher transportiert. Mittlerweile ist unser Netz nicht mehr für die Leistungsmengen, die täglich übertragen werden, ausgelegt. Heute und zukünftig produzieren Verbraucher selbst Strom. Zugleich kommen immer mehr Energiequellen in unser Netz, wie z.B. Windräder und Photovoltaikanlagen. Nicht zu vergessen werden immer mehr nukleare und fossile Großkraftwerke abgeschaltet. Dadurch entstehen neue Probleme, welche in Abbildung 2 dargestellt sind. Beispielsweise wird in einigen Regionen an sonnigen und windigen Tagen mehr Strom produziert als verbraucht. Hier ist ein Netzausbau erforderlich, um die zusätzliche Energie aufnehmen zu können. Aber auch andersrum, kann an manchen Tagen wetterbedingt nicht genug Strom mittels erneuerbarer Energien erzeugt werden. Das führt zu Schwankungen im Netz. Zudem gibt es künftig immer mehr Elektroautos, Batteriespeicher und intelligente Haustechnik, welches das Netz zusätzlich belasten. Smart Grid als intelligentes Regelsystem ist die Vision der zukünftigen Energieinfrastruktur (vgl. Litzel, 2017; vgl. eLife, 2016).

Abbildung 2: Problematik dezentraler Erzeugung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: B ü rgerdialog Stromnetz, Warum ist der Netzausbau notwendig, 2018

Wie in Abbildung 3 zu sehen ist, gibt es innerhalb des Smart Grids verschiedene Komponenten, die unterschiedliche Rollen einnehmen.

Abbildung 3: Smart Grid Infrastruktur und Rollen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: in Anlehnung an Creos, 2018

Die Steuerungs- und Kommunikationszentrale erfasst alle Daten im Stromnetz. Die Daten werden mittels moderner IKT übermittelt. Hierfür werden Smart Meter, sogenannte intelligente Stromzähler, benötigt. Im Zuge des Gesetzes „Digitalisierung der Energiewende“, wurden in Deutschland 2015 hierzu einige Beschlüsse festgesetzt. Eines davon ist das Smart Meter Rollout, das dazu führte, dass seit 2017 Smart Meter Pflicht sind. Das bedeutet bis 2032, muss jeder Stromzähler in Deutschland digital sein (vgl. EON, 2018). So können alle Daten in Echtzeit an die Zentrale übermittelt werden, womit das Netz dank der Informationen präziser gesteuert werden kann. Angebotsüberschüsse oder eine hohe Nachfrage können ausgeglichen werden (vgl. EON, 2018; Agentur für Erneuerbare Energien, 2017).

[...]

Ende der Leseprobe aus 28 Seiten

Details

Titel
Intelligentes Stromnetz (Smart Grid). Chancen, Möglichkeiten und Widerstände der Zukunftstechnologie
Hochschule
FOM Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Nürnberg früher Fachhochschule
Veranstaltung
Technologiemanagement
Note
1,7
Autor
Jahr
2018
Seiten
28
Katalognummer
V455645
ISBN (eBook)
9783668867772
ISBN (Buch)
9783668867789
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Smart Grid, Intelligente Stromnetze, Vernetzung, Energieversorgung
Arbeit zitieren
Daria Pugaci (Autor), 2018, Intelligentes Stromnetz (Smart Grid). Chancen, Möglichkeiten und Widerstände der Zukunftstechnologie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/455645

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