Smart Grids – Sind dumme Netze nicht besser?

Ich verfolge schon eine geraume Weile die Diskussion um sogenannte Smart Grids. Smart soll dabei für den intelligenten Teil stehen, der angeblich dazu benötigt wird, die Energieproduktion und den Energiefluss zu steuern.

Dabei haben wir eigentlich ein Stromnetz, dass derzeit nur eine verdammt einfache Aufgabe hat: Alle immer mit Strom zu versorgen. Das hat die letzten ~ 100 Jahre ganz gut hingehaun. <ironie> Bloß, jetzt, mit diesen Erneuerbaren Energien, müssen wir alles neu machen und selbst das Elektron neu erfinden.</ironie> Ungefähr so, wie beim Internet, dass ja kein rechtsfreier Raum werden darf und deswegen auch komplett eigene Gesetze braucht…

Eine Diskussion hat mich vor ein paar Wochen auf eine komplett neue Idee gebracht: Im Internet gibt es sogenannte Datenprotokolle. Die werden verschickt, nehmen ihren Weg selbst in Angriff und finden selbst Ihren Empfänger. Was den Datenversand angeht, ist das Internet also absolut „dumm“. Eine intelligente Datensteuerungszentrale, die den Fluss eines jeden Paketes lenkt, gibt es dabei nicht.

Was im Internet ganz gut funktioniert, soll jetzt – sorry wenn ich das mal so vergleiche – „bloß nicht mit dem Stromnetz geschehen“ – Kretschmann als Obergrüner würde von „Riesenmärkten für Technologieunternehmen“ reden. Alle von grüner Politik aus geförderten Projekte rund um Smartgrids gehen davon aus, dass man eine komplett dezentrale Erzeugung weiterhin komplett zentral steuern muss. Es sollen also lieber zentrale Stellen Informationen bereitstellen, wer wann Strom verbrauchen oder erzeugen  darf und wenn ja, wie viel – anstatt zu erkennen, dass das unter dem Namen „Smart Grids“ angepeilte zentrale Steuerungskonzept nicht zur aufkommenden dezentralen Verbraucher- und Erzeugerstruktur passt.

Ich mach mir in diesem Kontext Sorgen, dass die Verwebung der Steuerung der Verbraucher und Erzeuger via Internet – was ja unumgänglicher Teil der Smartgrid-Konzepte und Studien ist – bei einem Ausfall oder Problemen im Internet ein größeres Problem im Bereich der Energieversorgung nach sich zieht.

Dazu stelle ich einfach mal folgendes Szenario auf: Die allermeisten Haushalte und Firmen sind heutzutage mit einem der größeren Provider ans Netz angebunden. Aufgrund eines Datenbankcrashes der Zugangsverwaltung hat nun einer der 5 größten Provider plötzlich Probleme bei der Authentifizierung der DSL-Nutzer – 1&1 ist ja berümt für solche halbtägigen Aussetzer und hat daür auch genug Marktanteil. Die Verbindung zwischen den Servern zur Netzsteuerung und den gesteuerten Haushaltsgeräten sowie privat-betriebenen Energieerzeugungsanlagen (Photovoltaik, Blockheizkraftwerke usw…) fällt dann unweigerlich mit aus.

Unter der Annahme, das die Protokolle der Verbraucher auf eine Verbrauchsfreigabe warten und die Erzeuger auf einen Reduzierungsbefehl warten, wird das Stromnetz ziemlich plötzlich in eine Schieflage geraten – zu viel Strom trifft zu wenig Verbraucher. Daraufhin werden Netzfrequenz und Netzspannung so weit ansteigen, bis die Erzeuger komplett und gemeinsam abschalten. Dann hat man -übertrieben gesagt – aber gar keinen Strom mehr und das Netz ist „down“.

Egal wie man nun die Annahmen durchspielt (Erzeuger warten auf Produktionsfreigabe und Verbraucher auf Verbrauchsstopp oder so) man wird im Falle eines Internetausfalls immer in eine Schräglage im Stromnetz kommen. Deren Ausmaß ist natürlich dann auch abhängig vom Wetter, von den Restkapazitäten der Konventionellen Kraftwerke usw…

Es gibt bereits die VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105. Diese sagt zur Wirkleistungsreduzierung bei Überfrequenz: Ab 50,2 Hz wird die abgegebene Wirkleistung von 100% begrenzt, linear bis 51,5 Hz und 48% der Wirkleistung. Dann wird der Wechselrichter (der Photovoltaikanlage) komplett abgeschaltet.

Nehmen wir mal an, wir würden alle Verbraucher mit mehr als 1 kW Leistungsaufnahme demnächst mit einer ähnlichen Regelung ausstatten, die nur andersherum funktionioniert: Sinkt die Frequenz unter 48,8 Hz, so muss der Verbraucher seine Leistungsaufnahme linear bis 47,5 Hz auf 48% einer Leistung reduzieren. Kann er das nicht, muss er entweder deutlich unter dem thoeretisch zulässigen Wert bleiben oder komplett abschalten. In dem Fall müssten die Verbraucher selbst zur Netzstabilität beitragen.

Nun ist die Netzfrequenz aber nicht das einzige, was mit dem Stromüberangebot steigt und sinkt – Die Netzspannung gehöhrt auch mit dazu…

Die untere Grenze liegt bei 184 V und die obere bei 253 V. Dadrüber und darunter müssen Photovoltaikanlagen abschalten. Wenn man nun den Verbrauchern vielleicht ein paar Volt mehr zugesteht und den Erzeugern ein paar Volt weniger, das ganze etwas an den Rändern abflacht (10 V zum runterregeln der Leistung), dann kann sich das Netz fast vollständig selbst regulieren.

Ist die Spannung oder die Frequenz hoch, weil ein Überangebot an Strom besteht, schalten sich die Erzeuger ab oder herunter, besteht ein Unterangebot und die Spannung und Frequenz sind tief, senken die Verbraucher ihre Leistung.

Dann kann man in diesen Spannungs- und Frequenzbereichen noch die Einschaltschwellwerte für spezielle Verbraucher, zum Beispiel Kühl- und Gefrierschränke, Nachtspeicherheizungen / Wärmepumpen oder auch für spezielle Erzeuger wie Blockheizkraftwerke definieren.

Eine Datenerhebung entfällt damit vollkommen, ein Single Point of Failure, die Kommunikation via Internet mit den Steuerservern der Energieversorger entfällt ebenfalls. Und, wenn sich mal ein Teil des Netzes abspalten sollte, dann kann der sich autonom regeln.

Alles ganz ohne smart und so. Ein paar VDE-Regeln und unser Stromnetz kann sich selbst managen – und mit dem, dass viele Haushaltgeräte im 5 Jahres-Turnus getauscht werden, werden die Regeleinrichtungen in den verbrauchern auch schnell Verbreitung finden.

PS: Es gibt da auch schon ein schönes Patent dazu:  http://www.inventionexplorer.com/13_Data/PatentViewer.aspx?lang=en&typ=1&d=58452721&ff bzw. hier http://www.freepatentsonline.com/4317049.pdf

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