Im Jahr 2016 erreichten erneuerbare Energien einen Anteil an der Bruttostromerzeugung – das ist die insgesamt in Deutschland erzeugte Strommenge – von 29 Prozent. Bis 2025 sollen erneuerbare Energien 40 bis 45 Prozent des deutschen Strombedarfs decken. Bis 2050 soll dieser Anteil auf mindestens 80 Prozent ausgebaut werden. Um diese Ziele der Bundesregierung zu verwirklichen, muss die Infrastruktur in der Energiewirtschaft entsprechend angepasst werden. Zu den größten Herausforderungen zählt dabei, die dezentralen Energieerzeugungsanlagen zu verknüpfen und – neben dem Ausbau von Speicheroptionen – in das Stromnetz zu integrieren. Es gilt, die Verteilnetzstabilität durch Spannungs- und Frequenzerhaltung und Überlastungsvermeidung sicherzustellen. Um die Netzstabilität – und damit die Versorgungssicherheit – zu gewährleisten, müssen Stromeinspeisung und Stromentnahme zu jedem Zeitpunkt im Gleichgewicht sein. Da das Stromnetz selbst keine Energie speichern kann, muss der Ausgleich zwischen Stromerzeugung und Stromnachfrage durch andere Mechanismen erfolgen. Dies geschieht über die Frequenz der Wechselspannung, die mit einer geringen Toleranz bei 50 Hertz gehalten werden muss. Vor diesem Hintergrund entwickelt sich das Management des Stromnetzes zu einer zunehmend komplexen Aufgabe, die sich nur mithilfe digitaler Technologien bewältigen lässt. Durch die Digitalisierung ist ein zunehmendes Informationsnetz zusätzlich zum Stromnetz möglich. So entsteht zusätzlich ein digitales System „Smart Grid".

Im digitalen System Smart Grid sind bereits jetzt eine große Anzahl individueller Komponenten und Technologien aktiv. Konventionelle Kraftwerke sowie Erzeuger erneuerbarer Energien (zentral und dezentral) speisen Strom in die bestehende Netzinfrastruktur ein. Über Transformatoren wird die Spannung an den Bedarf der industriellen oder privaten Endverbraucher angepasst. Je nach Bedarf werden die nötigen Kapazitäten angepasst und Regelleistung abgerufen. Sollte das erzeugte Energieangebot einmal die Nachfrage überschreiten, können zentrale Speicher wie Pumpspeicherkraftwerke den Überschuss auf nehmen. Später kann diese Energie wieder abgegeben werden. Auch dezentrale Speichermöglichkeiten auf Basis von Batterien (zum Beispiel in Elektroautos) oder insbesondere Wasserstoff und „Power to x" -Technologien stehen zur Verfügung.

Die Digitalisierung trägt zu einer Stärkung des systemischen Ansatzes bei. Die vier Hebel der digitalen Transformation schaffen damit ganz neue Integrationsmöglichkeiten für erneuerbare Energien und andere Energieerzeuger. Die Vernetzung von Knotenpunkten im digitalen System Smart Grid sorgt für die Erfassung der Daten und ermöglicht den Anschluss der jeweiligen Akteure an das Netz. So werden die dezentral organisierten Prosumer Teil des Systems und ihre Einspeisungen können angemessen verteilt werden.

Komponenten und Struktur des digitalen Systems Smart Grid

Unternehmen innerhalb des digitalen Systems

Eine Vielzahl von Akteuren versucht, Anteile an der Wertschöpfung in der Energieerzeugung und -vertei lung zu gewinnen (siehe Abbildung). Mehrheitlich konventionelle Erzeuger wie E.ON oder RWE54 und erneuerbare Energieproduzenten wie Crestmill sind ebenso am Markt vertreten wie das Smart Meter- Unternehmen Canary. Sunride und Lumenaza entwi ckeln Produkte für die Vernetzung, während Nordex und Enercast sich auf Anwendungen für industrielle Verbraucher spezialisieren. Die Unterschiedlichkeit der benötigten Lösungen für die Realisierung des Smart Grids ist somit Hauptgrund für die große Zahl an Un ternehmen am Markt.

Die Heterogenität der Produkte ist auch der Grund für das Aufeinandertreffen vieler verschiedenartiger Branchen im digitalen System Smart Grid. Branchen fremde Akteure entdecken Potenziale im Energienetz markt und machen sich ihre spezielle technologische Expertise zunutze. Das Industrieunternehmen Siemens entwickelt eigene regelbare Ortsnetztransformatoren. Damit tritt die Firma in Konkurrenz zum Spezial Transformatoren-Unternehmen SGB-SMIT, das unter anderem Großtransformatoren zum Einsatz bei einer Spannung bis 800 Kilovolt produziert. Etablierte Energieunternehmen wie E.ON oder Vattenfall bieten als Ergänzung zu den zentralen Kraftwerken nun auch viele dezentrale Anlagen, beispielsweise Biomasse-, Kraft-Wärme-Kopplungs- oder Photovoltaikanlagen, als Systemlösungen an. Damit dringen sie zunehmend auf das Gebiet von Spezialfirmen wie Lambion oder Totem vor, die bislang diese Nische besetzt hatten.

Startups sind wichtige Treiber des digitalen Systems Smart Grid und sorgen für die notwendige Digitalisie rung. Durch internetfähige Produkte und cloudbasierte Applikationen entwickeln diese Unternehmen voll kommen neue Dienstleistungen für das intelligente Stromnetz der Zukunft. Indem sie die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten „smarter" Lösungen erfas sen und ausnutzen, sind diese Firmen Wegbereiter der digitalen Transformation. Dabei machen sie von beste henden Erzeugnissen der Technologie- und Industrie firmen Gebrauch und docken mit ihren Produkten an vorhandenen Strukturen an.

Digitales System Smart Grid – Segmentierung und Unternehmensbeispiele