Drei Supermächte verändern die Stromnetze

Wir haben uns daran gewöhnt zu leben, ohne uns Gedanken darüber zu machen, wie einige unserer grundlegendsten Technologien funktionieren. Die Elektrizität ist wahrscheinlich die offensichtlichste von allen. Ein Jahrhundert lang war es völlig normal, auf Knopfdruck Zugang zu künstlichem Licht zu haben. Aber auch Stromnetze werden veraltet sein. Unsere Netze, die sich bereits im dritten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts befinden, bedürfen mehr denn je der Umgestaltung. Wie sie funktionieren, und wie wir sie nutzen. Bill Gates schrieb einmal über die Art und Weise, wie wir Strom erzeugen, und über die Menge an CO2, die wir Menschen in die Atmosphäre ausstoßen, dass "wir Energiewunder brauchen". Heute ist dies wahrer denn je.

Die Stromnetze werden zum größten Engpass der Energiewende, denn sie haben heute weitaus schwerere Aufgaben als noch vor einem Jahrhundert. Die technologische Entwicklung hat dazu geführt, dass wir sie nicht mehr nur für die Erzeugung von künstlichem Licht in unseren Häusern nutzen, sondern dass wir alles in unserem Leben mit Strom versorgen, von Klimaanlagen, Wärmepumpen, Elektroautos und -fahrrädern über Hunderte von elektronischen Geräten bis hin zu Tausenden von industriellen Prozessen, und dass wir von ihnen erwarten, dass sie auch die lokale Solarstromerzeugung und die Stromspeicherung integrieren. Angesichts eines Stromnetzes, dessen Aufbau im Wesentlichen seit 100 Jahren nicht mehr verändert wurde, ist die Suche nach Energiewundern kein Luxus, sondern eine Verpflichtung.

Das Stromnetz ist im Wesentlichen seit mehr als 100 Jahren unverändert geblieben. Selbst mit den heutigen Innovationen haben die Betreiber nur einen begrenzten Einblick in das, was im Netz unterhalb von 20.000 Volt passiert. Die Netzkapazität kann den heutigen Bedürfnissen (voller Elektroautos und Solarpaneele) nicht gerecht werden, und jedes Jahr werden enorme Anstrengungen und Gelder investiert, um eine jahrzehntealte Infrastruktur in einer Gesellschaft unterzubringen, die eigentlich zukunftssicher sein sollte.

Wir bei Plexigrid glauben, dass die Stromverteilungsnetze neue Kräfte brauchen. Kräfte, die helfen, diese Wunder wahr werden zu lassen.

Wir haben sie SUPERPOWERS genannt, weil sie ...

Die Betreiber von Verteilungsnetzen verfügen über wichtige Informationen, die über mehrere Silosysteme verteilt sind. Das GIS (Geografisches Informationssystem) enthält den Standort und die physischen Merkmale jedes einzelnen der Zehntausende von Kilometern an Kabeln, die durch eine Stadt verlegt sind. Das ERP-System enthält zusätzliche Anlagen- und Wirtschaftsinformationen. Das SCADA-System für das Stromnetz bietet traditionell einen Echtzeitüberblick bis hinunter zu 20.000 Volt, aber nicht darunter, wo sich die Einspeisungen befinden, die die verschiedenen Straßen und einzelnen Haushalte versorgen. Die Daten einzelner Haushalte waren für die Netzbetreiber bisher nicht leicht zugänglich. Aber überall auf der Welt werden intelligente Messsysteme und eine Kommunikation mit geringer Latenzzeit eingeführt, um den Stromverbrauch und die Stromerzeugung jedes Kunden im gesamten Netz zu erfassen.

Trotz aller verfügbaren Daten sind die Betreiber von Verteilungsnetzen blind für niedrige Spannungspegel. Diese Daten müssen ihnen in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden, um eine umfassende Visualisierung eines Stromverteilungsnetzes zu erstellen. Die Informationen müssen frei fließen, organisatorische Silos durchbrechen und neue Erkenntnisse und Entscheidungshilfen liefern, um das Netz effizienter, mit geringeren Verlusten und höherer Verfügbarkeit zu betreiben.

Die Stromnetze können nicht überlastet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass größere Schäden an den Anlagen oder sogar landesweite Stromausfälle entstehen. Da die Netzbetreiber keinen Zugang zu Echtzeitinformationen über die Last in ihren Niederspannungsnetzen haben, installieren sie Millionen von Geräten wie Sicherungen, Schalter und Schutzrelais, um das System vor einer Überlastung zu schützen. Diese tragen dazu bei, das Netz im Falle einer lokalen Überlastung oder eines Ausfalls abzuschalten, um das größere Netz zu schützen, aber gleichzeitig einen lokalen Stromausfall zu verursachen.

Damit es gar nicht erst zu einer Überlastungssituation kommt, überdimensionieren die Netzbetreiber ihre Netze auch massiv, indem sie Netzkapazitätspuffer von 100 % oder mehr einbauen. Diese Überdimensionierung ist zwar wirksam, um die Zahl der lokalen Ausfälle zu verringern, aber aus Kostensicht sehr ineffizient. Letztlich sind es die Verbraucher, die über die Stromnetzentgelte für diese Überkapazitäten bezahlen.

Die Netzbetreiber brauchen Echtzeit-Analysefunktionen für die Millionen Kilometer langen Niederspannungsnetze. Dies wird tiefgreifende Auswirkungen darauf haben, wie Stromverteilungsnetze betrieben werden können. Echtzeitleistung, die eine sofortige Berechnung von Grenzwertverletzungen wie Überlastungen, Engpässen, Ungleichgewichten und anderen kritischen Analysen auf jedem Zentimeter des Netzes ermöglicht. Indem die Ungewissheit über die tatsächliche Belastung des Netzes beseitigt wird, können die Netzbetreiber das System näher an seinen Grenzen betreiben, und die Notwendigkeit, Überkapazitäten zu schaffen, wird erheblich reduziert. Investitionsentscheidungen können so optimiert werden, dass die tatsächlichen Engpässe auf der Grundlage von Fakten und nicht von Spekulationen angegangen werden.

Das verändert das Spiel wirklich!

Die dynamische Zuweisung von Netzkapazitäten ermöglicht es den Verteilernetzbetreibern, mehr erneuerbare Energie aus Sonnen- und Windenergie in das Netz einzuspeisen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge schneller zu installieren. Netzengpässe und Überlastungen, die durch diese Anlagen verursacht werden, können durch die Mobilisierung der Flexibilität der einzelnen Kunden gelöst werden, anstatt weitere Netze mit Überkapazitäten zu bauen. Wenn sich ein Teil des Netzes seinen Höchstgrenzen nähert, sind Informationen in Echtzeit über die verfügbaren lokalen flexiblen Lasten erforderlich, die umdisponiert werden können. Dies könnte das Aufladen von Elektroautos, Wärmepumpen, Klimaanlagen oder Batterien sein. Die richtige Kombination flexibler Lasten kann dann ausgewählt werden, um den Engpass oder die Überlastung auf dem schnellsten Weg und zu den geringstmöglichen Kosten zu beheben.

Während die Kosten für erneuerbare Energien in den letzten zehn Jahren um 70 % bis 95 % gesenkt wurden (wodurch erneuerbare Energien zu wettbewerbsfähigen Kosten gegenüber fossilen Brennstoffen wurden), haben sich die Netzkosten in die entgegengesetzte Richtung entwickelt. Die Netzkosten pro MWh sind in Europa, Amerika und Asien in den letzten zehn Jahren um 40 bis 90 % gestiegen.

Und das ist nur die Spitze des Eisbergs. Laut der Studie "Net Zero 2050" der Internationalen Energieagentur werden ab 2030 jährlich 500-800 Mrd. USD benötigt, um das Netz für die Energiewende fit zu machen. Da diese Kosten auf die Verbraucher umgelegt werden, werden die Netzkosten zum größten Einzelposten der Stromrechnung. Doch dieser Trend kann umgekehrt werden.

Durch die Kombination der drei Supermächte könnten 35 % bis 40 % dieser Investitionen in Netzkapazitäten eingespart werden. Diese Einsparungen könnten mit den Stromverbrauchern im Gegenzug für ihre Flexibilität geteilt werden, wodurch die Energiewende für Milliarden von Menschen schneller, erschwinglicher und nachhaltiger würde. Eine Win-Win-Situation für alle.