Energie
9. Juni 2020 6:00  Uhr

Stromnetz der Zukunft muss sektorübergreifend sein

Raphael Lechner, Geschäftsführer des Kompetenzzentrums für Kraft-Wärme-Kopplung und Prokurist am Institut für Energietechnik an der OTH Amberg-Weiden, spricht über die Zukunft des Stromnetzes.

Raphael Lechner, Geschäftsführer des Kompetenzzentrums für Kraft-Wärme-Kopplung und Prokurist am Institut für Energietechnik an der OTH Amberg-Weiden | Foto: OTH Amberg-Weiden

Von Franz Rieger

Herr Lechner, das Stromnetz der Zukunft mit Millionen dezentralen Erzeugern muss intelligent und sicher gesteuert werden. Welche Anforderungen setzt dies voraus?

Raphael Lechner: Die große Herausforderung des künftigen Energieversorgungssystems ist, dass wir sektorübergreifend denken müssen. In der Vergangenheit waren die Strom-, Gas- und Wärmeversorgung sowie die Mobilität weitgehend unabhängig voneinander. Nun verschmelzen diese Sektoren zunehmend. So wird über Wärmepumpen aus elektrischem Strom Wärme bereitgestellt, während umgekehrt Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen aus Abwärme oder aus der in Form von Brennstoffen gebundenen chemischen Energie Strom bereitstellen. Brennstoffe wiederum lassen sich über Power-to-Gas- oder Power-to-Fuel-Systeme aus Strom herstellen, speichern und bedarfsgerecht zurückverstromen oder für die Mobilität nutzen. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos können diese während der Parkzeiten als elektrische Energiespeicher oder regelbare Verbraucher im Stromnetz dienen. Letztlich wachsen also alle Formen der Energienutzung zusammen. Die Intelligenz im Energiesystem der Zukunft wird daher darin liegen, über die Sektoren hinweg möglichst zu jedem Zeitpunkt für den jeweiligen Anwender die ökologisch und ökonomisch optimale Form der Energienutzung zu orchestrieren. Das elektrische Netz stellt dabei technisch die höchsten Anforderungen, ist quasi der Taktgeber des Energiesystems. Erschwerend kommt hinzu, dass es sich um ein wirtschaftlich und rechtlich hochgradig reguliertes System handelt, in dem die einzelnen Akteure nur wenig Spielraum haben und komplexe Abrechnungsmodalitäten und Abgabensysteme beachten müssen.

Wie werden diese enormen Datenmengen verarbeitet?

Im sektorübergreifenden Energiesystem der Zukunft werden wir es mit großen Mengen heterogener Daten aus verschiedenen Quellen zu tun haben, deren Qualität man nicht immer ad hoc beurteilen kann. Eine wesentliche Aufgabe ist daher die automatisierte Datenplausibilisierung und Fehlerkontrolle, insbesondere wenn man es mit unterschiedlichen Systemen und Datenübertragungsstandards zu tun hat. Dies fängt bereits bei den Energiezählern vor Ort an. Einen zeitlich hoch aufgelösten Datenstrom aus einem Energiezähler zu extrahieren und in hoher Qualität zum Messstellenbetreiber zu übertragen, ist bei Weitem nicht so trivial, wie es den Anschein haben mag. Vor allem in bestehenden Installationen ohne Datenanbindung können dabei funkbasierte Lösungen oder die Kommunikation über Power-line eine Option sein.

Was passiert weiter mit den Daten?

Eine weitere große Herausforderung besteht darin, aus den Daten sinnvolle Informationen zu gewinnen, mit denen sich ein Mehrwert sowohl für den Nutzer als auch für den Energieversorger generieren lässt. Aufgrund der großen Datenmengen wird sich dies nur über Methoden der Mustererkennung und der künstlichen Intelligenz in Verbindung mit Big-Data-Ansätzen realisieren lassen. Ein Beispiel hierfür ist das Erkennen wiederkehrender Muster in elektrischen Lastprofilen, um daraus Verbrauchsprognosen zu erstellen und den Kunden variable Tarife anzubieten. Noch interessanter wird es, wenn man sich tiefer auf die Ebene des einzelnen Verbrauchers und Erzeugers begibt. Zeitlich ausreichend hoch aufgelöste Daten vorausgesetzt, sind hier gänzlich neue Services für Energieversorger denkbar. Der regionale Energieversorger wird damit zum Partner, der Monitoring-, Analyse- und Beratungsdienstleistungen anbieten kann. Dies eröffnet vor allem Stadtwerken als wichtigen Akteuren der Energiewende neue Perspektiven zur Kundenbindung.

Im Hinblick auf kritische Infrastrukturen sind (…) dezentrale Systeme grundsätzlich besser gerüstet als zentrale Systeme, die von wenigen neuralgischen Knoten abhängen.

Wo stehen wir heute – wo müssen wir noch hin?

Der große Vorteil eines dezentral aufgebauten Energiesystems mit vielen unterschiedlichen interagierenden Erzeugern, Speichern und Verbrauchern ist seine hohe Flexibilität. Der Flaschenhals ist heute aber noch in vielen Fällen die Erfassung der notwendigen Daten. Die Realität bei vielen Stromkunden ist nach wie vor die jährliche Ablesung über Ablesekarten oder die manuelle Eintragung des Zählerwerts in ein Onlineportal. Auch die Smart-Meter, die nun ab 2020 Schritt für Schritt bei den Stromkunden installiert werden, werden uns zu Beginn noch nicht viel weiterhelfen. Erst ab 2032 muss jeder Nutzer mit einem modernen Messsystem ausgestattet sein, wobei hier jedoch noch nicht zwangsläufig eine Datenübertragung vorgesehen ist. Außerdem wird auch der energiewirtschaftliche Rahmen flexibler werden müssen. So werden wir künftig nicht nur die reine Energielieferung berücksichtigen müssen, sondern auch die Qualität, mit der diese Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellt werden kann.

Wie wird die Datensicherheit gewährleistet?

Das Thema Datensicherheit ist im Kontext der Energiewende auf zwei unterschiedlichen Ebenen zu betrachten. Einerseits gilt es natürlich, Kraftwerke und Stromnetze als kritische Infrastrukturen vor Angriffen zu schützen. Andererseits ist aber zunehmend auch der Schutz personenbezogener Daten zu beachten. Über intelligente Messsysteme kann es künftig möglich sein, aus den gemessenen Energiedaten Informationen über die Gewohnheiten des Nutzers abzuleiten. Diese Daten sind möglicherweise für Datendiebe von großem Interesse, weshalb hier insbesondere bei den Smart-Metern sehr hohe Datenschutzstandards mit verschlüsselter Datenübertragung angesetzt werden, bis hin zu der Überlegung, wie man verhindert, dass die Zähler beim Transport zum Kunden manipuliert werden können.

Welche Gefahren drohen?

Im Hinblick auf kritische Infrastrukturen sind, sofern die entsprechenden Sicherheitsstandards beachtet werden, dezentrale Systeme grundsätzlich besser gerüstet als zentrale Systeme, die von wenigen neuralgischen Knoten abhängen. Neben Hackerangriffen können dabei auch Naturkatastrophen ein reales Bedrohungsszenario sein, bei der die Dezentralität von Vorteil ist. Wir sehen in der Praxis vermehrt Bestrebungen, für den Fall eines flächendeckenden Blackouts autarke, schwarzstartfähige Energieinseln zu bilden, von denen aus das System wieder hochgefahren werden kann. Diese Inseln können einzelne größere Industrieunternehmen sein, Biogasanlagen im ländlichen Raum oder im städtischen Umfeld die lokalen Verteilnetze der Stadtwerke.