Grid2050

Mit den Energiezielen des Bundes und dem Ausbau der erneuerbaren Energien steht die Schweiz vor neuen Herausforderungen. Durch die Elektrifizierung benötigen wir in den kommenden Jahren mehr Strom und es werden neue Stromspitzen entstehen. Um diese bewältigen zu können, könnte man die Infrastruktur ausbauen. Das ist jedoch äusserst kosten- und zeitintensiv. Die Alternative ist es den Stromverbrauch aus Spitzenzeiten in die Randzeiten zu verschieben. Zum Beispiel kann ein Elektroauto nachts geladen werden und nicht direkt abends wenn man von der Abend nach Hause kommt.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass der Strom mit den erneuerbaren Energien nicht mehr von einem zentralen, leicht steuerbaren Kraftwerk produziert, sondern von vielen dezentralen Anlagen wie Photovoltaik oder Windkraftanlagen kommt. Es müssen also viele dezentrale Anlagen geregelt werden damit das Stromsystem als ganzes stabil und robust arbeiten kann. In solchen Fällen spricht man von virtuellen Kraftwerken.

Zuletzt unterliegt der Stromverbrauch starken Schwankungen. Der Stromverbrauch und die Stromproduktion müssen jedoch zu jeder Zeit im Gleichgewicht sein. Dies regelt der Strompreis und im aktuellen Stromnetz wird die Produktion dafür an den Verbrauch angepasst. Auch in Zukunft wird dieses Gleichgewicht durch den Strompreis geregelt werden mit dem Unterschied, dass wir den Verbrauch an die Produktion anpassen werden. 

Der Lösungsansatz für diese Herausforderungen ist das Smart Grid, ein voll automatisiertes, intelligentes Energiesystem. Mit einem solchen System muss die Infrastruktur nicht ausgebaut werden. Vielmehr werden die einzelnen Komponenten besser aufeinander abgestimmt und geregelt. Mit einer algorithmischen Steuerung wird die Leistung berechnet und den Anlagen entsprechend kommuniziert, ob sie ins Netz einspeisen, speichern oder vom Netz beziehen sollen. Mit einer solchen Steuerung kann die Netzstabilität aufrecht erhalten werden. Durch eine dynamische Strompreisgestaltung kann dank der neuen flexiblen Verbraucher (E-Autos, Wärmepumpen) der Stromverbrauch an die Stromproduktion angepasst werden. Noch stellen sich aber viele Fragen zu Smart Grids - technischer Natur, aber auch betreffend Cyber Security oder der Wirtschaftlichkeit.

Das ICOM Institut für Kommunikationssysteme der OST ist Teil des NCCR Automation, der die wichtigsten Fragen zum Thema Smart Grid klären will. Zum ersten Mal soll nicht für einen kleinen Teststand, sondern auf der Ebene einer Gemeinde entwickelt und getestet werden: Walenstadt im Kanton St.Gallen verfügt mit drei Wasserkraftwerken, vielen Solaranlagen und einem grossen Batteriespeicher bereits über eine innovative Energieversorgung. Mit rund 5000 Haushalten, einem Spital und weiterer essenzieller Infrastruktur eignet sich Walenstadt perfekt als Modellstadt um herauszufinden, wie das Smart Grid der Zukunft konkret ausgestaltet werden sollte.