Bürogebäude im Smart Grid

Eine Aufgabe, die Gebäude in einem Smart Grid übernehmen müssen, ist es, eine Verbindung zwischen dem Sektor für elektrische Energie und dem Wärmesektor zu schaffen, so wie es heute schon fast vollständig für den Kältesektor der Fall ist.

Ein Grund hierfür einfach. Ein Smart Grid hat als Aufgabe, zu helfen, möglichst viel erneuerbare Energie zu integrieren. Dabei ist es so, dass die Mehrzahl der erneuerbaren Energie als elektrische Energie gewonnen wird. Thermische Energie wird nur begrenzt als Abwärme bei Biogas- oder bei Solarthermieanlagen gewonnen. Energie aus Holz wiederum kann nur einen Bruchteil der Nutzwärme bereitstellen. Für Luxemburg zum Beispiel, mit einem Waldanteil von 33 %, kann nur rund 5 % des aktuellen Gas- und Heizölbedarfes durch Holz „nachhaltig“ subsituiert werden. Obendrein stellt diese Energiequelle ein wichtiges Potenzial für ein Smart Grid dar und sollte nicht stupide verbrannt werden, und auch nicht als Substitut, sondern als Ergänzung verstanden werden.

Moderne Gebäude, wie etwa Bürokomplexe brauchen keine hohen Vorlauftemperaturen, und eignen sich bestens für Wärmepumpen, da oft genug Wärme- und Kältebedarf gleichzeitig vorliegt, etwa für IT oder aber auch für innenliegende Besprechungsräume. In diesem Fall fossile Energien oder gar Holz zu verbrennen, wäre nicht mit dem Gedanken von Smart Grid zu vereinen. Doch leider ist es noch in vielen Köpfen, dass es besser ist „kostenlos“ free Chilling zu nutzen und die Überschusswärme in die Umwelt abzugeben, und gleichzeitig speicherbare Energiequellen zu verfeuern, um Wärme zu gewinnen. Was hier noch fehlt, ist das Verständnis von Opportunitätskosten, den Kosten für entgangenen Nutzen.

Smart Grid wird häufig mit Batterien in Verbindung gebracht, aber diese sind die letzte Alternative, die dann genutzt werden muss, wenn das „Smart“ am Smart Grid an seine Grenzen stößt. Je smarter das Netz und all das, was daran angeschlossen ist, umso weniger Batterien werden benötigt.

Ohnehin werden Batterien nicht dafür sorgen können, dass die Versorgungssicherheit im Winter gewährleistet wird, da Batterien zwar den Tagesbedarf glätten können, aber nicht überschüssige Energie aus dem Sommer in den Winter hinein speichern können. Hier brauch es Alternativen, etwa Gas- oder Holzheizungen in großen Gebäuden, die dann die Wärmepumpen ersetzen, wenn der elektrische Strom teuer ist, was ein Indiz dafür ist, dass Stromknappheit herrscht und wenig erneuerbare Energien im Stromnetz sind.

Aber diese Vorstellung von sich ergänzenden Technologien, welches an sich das Prinzip des Smart Grid ist, ist nicht vereinbar mit den Bewertungsmethoden unserer Zeit. Wir wollen die Aussage, welche Technologie und Energiequelle die Beste ist. Oft genug hört man hier Holzhackschnitzelkessel, weil sie CO₂-neutral sind. Das ist der falsche Ansatz, denn ein ganzjährig betriebener Holzkessel liefert keinen Mehrwert für ein Smart Grid. Wir müssen deshalb zu einer Bewertung von Funktionsweisen von Technologien kommen. Ähnliches gilt nämlich auch für eine Wärmepumpe, die immer dann Wärme produziert, wenn Wärme benötigt wird, denn sie verlagert das Problem des Wunsches an erneuerbaren Energien aus dem Wärmesektor 1:1 in den Stromsektor ohne einen „smarten“ Mehrwert zu liefern.

Interessant im Sinne eines Smart Grids wird es erst dann, wenn sich der Wärmesektor sich an den Stromsektor anschließt, aber nicht von diesem vollständig abhängig ist. Eine begrenzte Abhängigkeit kann bereits durch eine zeitliche Entkopplung von Wärme- und Strombedarf geschehen. Aber dazu ist es notwendig, große thermische Massen zu haben, die aktiviert werden können. Und welche thermische Speichermasse würde sich einfacher nutzen lassen als Wasser? Keine ist kostengünstiger und kein Speicher ist ökologischer. Wenn man bedenkt, dass viele Bürogebäude zwangsläufig Sprinklertanks von 80 bis 100 m³ Wasserinhalt haben müssen, dann ergeben sich hier auf der Kälteseite bereits 80 m³ * 1,16 kWh/m³/K * 5 K = 464 kWh Speichervolumen für Nutzkälte, bei einer Temperaturdifferenz von nur 5 Kelvin. Das entspricht 464 kWh/6 = 77 kWh an Stromspeicher die weniger gebraucht werden, das entspricht je nach Ladedichte einer Batterie zwischen 170 kg und 500 kg.

Wer bei Smart Grid direkt an Batterien denkt, sattelt das Pferd von hinten. Batterien sind nicht der Anfang von Smart Grid, sondern da, wo das „Smart“ im Smart Grid aufhört.

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Herausforderungen und Chancen eines Smart Grids

Dem Smart Grid wird eine bedeutende Rolle in unserem zukünftigen Energiesystem mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energie zugesprochen. Neben den Fragen der Art der Kommunikation und der Steuerung in einem Smart Grid muss sich auch die Frage gestellt werden, welche Verbraucher und Puffer in dem Gesamtsystem genutzt werden können. Ebenso wichtig ist es auch, zu verstehen, wie sich ein Energiesystem mit viel erneuerbaren Energien wandelt, welche Herausforderungen sich damit ergeben und welche Aufgaben alternative Energieproduzenten übernehmen müssen.

Welche Rolle können Haushaltsgeräte übernehmen?

Mit rund 240.000 Haushalten mit durchschnittlich 2,4 Personen^[1] und einem der Nutzungshäufigkeit angemessenen Gleichzeitigkeitsfaktor lassen sich rund 35 MW und etwa 105 MWh pro Tag durch gezielte Betriebszeiten von Wasch- und Spülmaschinen sowie Trockner so verlagern, dass sie Energie dann benötigen, wenn am meisten Wind- und Solarenergie gewonnen wird. Das entspricht etwas mehr als 4 % der maximalen Leistung in Luxemburg.

Bei Tiefkühltruhen und Kühlschränken lassen sich maximal 17 MW steuern, moderne energieeffiziente Geräte vorausgesetzt, allerdings nur sehr kurzfristig, also nur als Primär- oder Sekundärregelenergie. Dabei gilt aber, dass je mehr Energie verschoben werden soll, umso geringer wird die regelbare Leistung.

Wie sinnvoll können E-Autos integriert werden?

Mit einem Bestand von rund 400.000 kleinen Fahrzeugen^[1] in Luxemburg könnten theoretisch 1.480 MW an Regelleistung bereit gehalten werden. Dies entspricht fast dem doppelten der aktuellen Peaklast, also für viele ein Anlass, es als Lösung für die Integration von erneuerbaren Energien zu feiern. Allerdings verbrauchen diese Fahrzeuge auch jeden Tag Energie und bei einer jährlichen Fahrleistung von 12.000 km entspricht dies täglich durchschnittlich 2.600 MWh oder umgerechnet 110 MW an Dauerleistung. Das bedeutet, dass für die Produktion der Nutzenergie für E-Autos 510 MW an Anlagen für erneuerbaren Energie installiert werden müssten, soll die Energie aus eben solchen stammen. Das Problem von wind- und sonnenarmen Stunden müsste aber dann zusätzlich gelöst werden. Sollen hierfür die Batterien der E-Autos genutzt werden, wären die Grenzen des Möglichen schnell erreicht. Das bedeutet, dass E-Autos keine Lösung sein können. Sie können allenfalls, wenn es richtig angegangen wird, das Problem lösen, welches sie selbst hervorrufen.

Zusätzlich muss bedacht werden, dass E-Autos mit dem Ziel einer nachhaltigeren Mobilität eingeführt werden, wobei neben dem vielen Verkehr, den Unmengen an Parkbedarf auch der hohe Bedarf an grauer Energie ein Problem darstellt, das gelöst werden muss. Zur Zeit werden Fahrzeuge nur während 4-6 % der Zeit genutzt. Aber das kann nicht als Lösungsansatz für den Energiesektor ausgelegt werden, da es vom Prinzip her ein Fehler ist. Deshalb wird zumindest ein Großteil an Fahrzeugen durch Carsharing überflüssig werden. Das hat aber zur Folge, dass die Autos wesentlich mehr an täglicher Fahrleistung aufweisen und folglich immer dann laden müssen, wenn sie stehen. In diesem Fall ist die Möglichkeit regulierend in das Stromnetz einzugreifen nahezu nicht mehr gegeben.

Welche Potenziale ergeben sich durch die Gebäudetechnik?

Eines der wichtigsten Potenziale, um den Anteil an erneuerbaren Energien zu erhöhen, liegt bei den Funktionalgebäuden wohl in der Energieeinsparung, sei es durch bedarfsgeführte Lüftungsanlagen, die zu hohe Betriebszeiten der Ventilatoren vermeiden, und in Folge auch einen nicht beachtlichen Teil der Befeuchtung überflüssig werden lassen. Ebenso dient das Nutzen einer Tageslicht abhängigen Beleuchtung dazu, die Verbrauchsspitzen in den Mittagsstunden zu senken. Zwar ist das dann wenn am meisten PV-Strom zur Verfügung steht, aber genau jene Bedarfsabsenkung wird benötigt um Elektrofahrzeuge zu laden, wodurch dann auch gleich klar ist, dass E-Auto tagsüber, also bei den Funktionalgebäuden aufladen können müssen, weil dann die Arbeiter und demnach die Fahrzeuge dort sind. Nachts, wenn die Autos zu Hause stehen, hat nämlich noch selten die Sonne geschienen.

Ein weiteres Potenzial liegt in der Speicherung von Nutzenergie, sowie der alternativen Energieproduktion. Immer wieder wird in Verbindung mit erneuerbaren Energien und Smart Grid über Batterien gesprochen und hier auf schier unglaubliche Entwicklungspotenziale verwiesen. Allerdings stellt der Wärme- und Kältebedarf trotz Energieeinsparungen noch immer einen großen Anteil am Energiebedarf dar. Gleichgültig welche Speichertechnologie sich durchsetzen wird, ökologischer als Wasser wird keine sein. Dabei können 10 m³ bei einer Temperaturspreizung von 5 Kelvin 58 kWh an Nutzenergie bzw. indirekt 12 kWh an elektrischer Regelenergie und im Bedarfsfall in Ausnahmesituationen problemlos doppelt oder dreimal soviel Energie puffern. Ist zusätzlich eine Betonkernaktivierung vorhanden sind Energieverlagerungen von 12 Stunden kein Problem. Diese Puffermöglichkeiten, die in Ausnahmefällen durch eine geringere Effizienz von Wärmepumpen oder Kältemaschinen erkauft werden, sind deshalb für ein Smart Grid so überaus bedeutend, da sie Speichersysteme ersetzen, die nur wenige Male im Jahr gebraucht würden, und so sehr hohe spezifische Investitionskosten je gespeicherter kWh aufweisen würden.

Ein Kaltwasserspeicher ist auch deshalb interessant, weil er nicht nur als indirekter Stromspeicher genutzt werden kann, sondern zu jeder Zeit, in der er nicht als „Stromspeicher“ genutzt werden braucht, dazu dienen kann, kühle Nachtstunden für die Kälteproduktion zu nutzen oder den effizienten Teillastbereich auszuschöpfen. Gleichzeitig kann durch die verringerten Start- und Stoppvorgänge die Lebensdauer der Kältemaschinen gesteigert werden. Wird zusätzlich bedacht, dass etliche Gebäude über Sprinklertanks mit über 100 m³ Kaltwasser verfügen, wird deutlich welches Potenzial in unseren Gebäuden schlummert. Smart Grid bedeutet letztlich Synergien zu nutzen und diese finden sich nicht, wenn blind nach Batterien geschrien wird und hier auf einen Mangel hingewiesen wird. Synergien lassen sich in der Gebäudetechnik und dem Verständnis von Energiebedarf und Komfortansprüchen finden.

Was ist die tragende Rolle der alternative Energieproduktion?

Die alternative Energieproduktion in Funktionalgebäuden ist deshalb wichtig für ein Smart Grid, da diese eine Schnittstelle zwischen dem Strom-, Wärme- und Gasmarkt darstellen und mitunter bedeutende Leistungsanforderungen aufweisen. Auch wenn sich viele Diskussionen in Bezug auf Smart Grids auf Bedarfsglättung und Stromspeicher zur Nutzung von Peaks an Solar- und Windenergie konzentrieren, so wird beides nicht die Herausforderung sein, die sich in Hinblick auf ein erneuerbares Energiesystem stellen wird. Bei Smart Grid geht es nämlich nebst der Nutzung von erneuerbaren Energien vor allem auch um Versorgungssicherheit. Werden die Produktionsprofile in einem Stromnetz mit erneuerbaren Energien betrachtet^[2], so ist festzustellen, dass dort kein Platz mehr für Grundlastkraftwerke, wie Kohle- oder Kernkraftwerke vorhanden ist. Andere Technologien wie dezentrale BHKW, Gaskraftwerke und ähnliches müssen dann aber in Perioden mit sehr geringen Wind- und Solarausbeuten die benötigte Leistung bereitstellen können und demnach zu allen anderen Zeiten kein Strom produzieren. Je höher der Strombedarf in den ungünstigen Perioden ist, umso mehr muss solche Leistung vorgehalten werden, wenngleich der Strombedarf in Zeiten von großen Wind- oder Solarangeboten möglichst hoch sein soll und den Wärmebedarf soweit wie möglich befriedigen soll. Denn der Umweg über elektrischem Strom, ist die einzige Möglichkeit um unseren Wärmebedarf im großen Stil mit erneuerbaren Energien zu versorgen. In diesem Kontext wird auch gerne von Power-to-gas oder Power-to-heat gesprochen.

Fakt ist, dass bei modernen Funktionalgebäuden Wärmepumpen die Wärme- sowie die Kälteversorgung übernehmen können. Insbesondere bei Luftwärmepumpen verschärft aber das Effizienzproblem im Winter das Versorgungsproblem.

Deshalb sollte hier die Verbindung zwischen Gas-, Strom- und Wärmesektor durch alternative Energiequellen geschaffen werden. Neben Wärmepumpen sollte dann im Bedarfsfall, also stromgeführt, ein BHKW, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle die Wärmeversorgung alternativ zur Wärmepumpe übernehmen und nicht nur den Strombedarf durch die Abschaltung der Wärmepumpe senken, sondern gleichzeitig einen Teil der benötigten Versorgungssicherheit durch eigene Stromproduktion übernehmen.

Was hier aber noch im Verständnis und in den Regulierungen fehlt, ist die ökologische Notwendigkeit für all jene Technologien, die die Integration von erneuerbaren Energien fördern. Noch sind alle Bewertungsmethoden rein eindimensional und kennen nur schwarz und weiß bei Technologien oder Energiearten. Ein Denken in Richtung Smart Grid fehlt hier noch gänzlich. Wenn wir nicht lernen Gebäude als Teil des Systems zu betrachten, brauchen wir uns nicht zu wundern, dass sich Gebäude nicht so wandeln, wie es für das System von Nutzen wäre.

[1] Luxemburg in Zahlen, Statec, 2016

Integration erneuerbarer Energien

Im Gegensatz zur Stromproduktion aus erneuerbaren Energien findet sich im Stromverbrauch ein recht eindeutiges Profil. So ist der Strombedarf tagsüber rund 50 % höher als nachts und jeweils an den Wochenenden geringer als an den Werktagen, da dann viele Unternehmen nicht arbeiten. Genauso lassen sich aber auch die Feiertage und sogenannte Brückentage aus dem Stromprofil herauslesen.

Wie wird sich der Verbrauch wohl verändern?

Durch Verwendung von LEDs wird der Strombedarf nachts sinken, wenn wir nicht den typischen Reboundeffekten erliegen. Gleichzeitig werden die steigende Digitalisierung und die zunehmend auftauchenden zentralen und dezentralen Server dafür sorgen, dass ein eher konstanter Stromverbrauch hinzukommt – auch an Wochenenden.

Bei genauer Betrachtung fällt auf, dass der Strombedarf in den Wintermonaten höher ist. Deshalb wurde hier der Strombedarf je Wochentag entsprechend der Tagesmitteltemperatur geordnet.

Es zeigt sich ein Trend, wonach der Strombedarf um 10 bis 12 % zwischen den kältesten Tagen und jenen mit bis zu 15°C abnimmt und bei höheren Tagesmitteltemperaturen in einem gewissen Band konstant ist.

Diese Zunahme des Strombedarfes mit sinkenden Temperaturen wird in Zukunft deutlich steigen, da immer mehr Wärmepumpen die Wärmeversorgung übernehmen. Bereits in den letzten 6 Jahren dürfte sich dieser Trend deutlich verstärkt haben.

Mit diesem Profil des Strombedarfes, den zuvor betrachteten Profilen für Solar- und Windenergie sowie Strom aus Biogasanlagen und der hier aufgeführten Entwicklung der Installation an erneuerbaren Energien, stellt sich die Frage:

Wieviel erneuerbare Energie kann in unser Netz integriert werden?

Dabei treffe ich die Annahme, dass alle Speicher derzeit für die Netzstabilität beansprucht werden, und keine weitere Unterstützung liefern können. Wasserkraft wurde mangels Daten nicht berücksichtigt. Für die gewählte Peakleistung der Biogasanlagen wurde davon ausgegangen, dass jeder Landwirt mit ausreichend bewirtschafteten Fläche eine Biogasanlage von 75 kW besitzt.

Ohne Flexibilität bei der Stromnachfrage und bei Blockheizkraftwerken, sowie Biogasanlagen ist bereits bei einer Peakleistung von 590 MW Schluss, wenn keine Energie verschwendet werden soll. Damit ist aber nur ein Anteil von 22 % an erneuerbaren Energien im Stromnetz möglich.

Wird die Tagesproduktion betrachtet, ist dieser Grenzwert unerklärlich, da an keinem Tag der Bedarf auch nur annäherungsweise 100 % durch erneuerbare Energien abgedeckt wird.

Aber es gibt zwei kritische Situationen, die im Folgenden betrachtet werden. Einmal ist es ein Zeitraum mit sehr viel Windenergie im Winter der problematisch sein kann, weil es sich hier nicht um einen kurzfristigen Peak handelt, der sich einfach puffern ließe. Zum anderen im Sommer, wenn zu allem Unglück an einem Feiertag viel Sonnenenergie eingespeist wird und hier am frühen Nachmittag 100 % des Strombedarfes abgedeckt wird.

Hier zeigt sich, dass ein Hauptproblem darin besteht, dass subventionierte Biogasanlagen die Einspeisung von Wind- und Solarenergie beeinträchtigen. Gleiches gilt für die Blockheizkraftwerke.

Deshalb werden hier Blockheizkraftwerke wärmegeführt bis 7°C betrieben, wie im Jahresprofil zu erkennen ist. Der Vorteil, wenn Biogasanlagen über einen 24-Stunden Speicher und 50 % mehr Peakleistung verfügen, lässt sich aber nur im Tagesprofil erkennen, wo Wind- und Solarenergie sinnvollerweise Priorität haben. Dadurch lässt sich die integrierbare Leistung deutlich steigern, aber immer noch können nur 29 %  des Bedarfs durch erneuerbare Energien abgedeckt werden.

Durch die kluge Steuerung im Sinne eines Smart Grids von Wasch- und Spülmaschine sowie Trockner lassen sich rund 35 MW mit einer Energiemenge von 105 MWh verschieben, die hier als Puffer moduliert werden. Allein damit lässt sich die installierbare Peakleistung auf 965 MW steigern und dadurch den Anteil an erneuerbaren Energien auf 32 % erhöhen.

Aber was wäre notwendig um annäherungsweise 100 % an erneuerbare Energien zu erreichen? Es bedürfte 2840 MW an erneuerbaren Energien. Biogas müsste sich 200 Stunden speichern lassen, und es wäre eine Pufferleistung von 1 300 MW mit einer Speicherkapazität von 22 Stunden notwendig, die sich aus Potenzialen eines Smart Grids, aber auch aus echten Speichersystemen ergeben müssten. Mit 90 % an erneuerbaren Energien sehen die beiden kritischen Phasen wie hier gezeigt aus. Dem Smart Grid muss somit eine sehr große Bedeutung zugesprochen werden, aber vor allem der alternativen Nutzung von elektrischem Strom.

Dieser Beitrag ist auch zu finden bei: einfachnachhaltigbesserleben.blogspot.de

Smart Grid und Datenschutz

Viele Datenschützer laufen Sturm, wenn es um Smart Grids, und insbesondere um Smart Metering geht. Gleichzeitig kommen von Netzbetreibern, aber auch etlichen, die Ängste sähen wollen, Forderungen, die illusorisch und völlig überzogen sind. Sie denken, dass ein Smart Grid ein zentral gesteuertes Netz ist, welches über alle möglichen Informationen und Fähigkeiten verfügt und diese auch einsetzt.

Aber was ist eigentlich ein Smart Grid?

Im Prinzip ist ein Smart Grid ein Stromnetz in dem viele unterschiedliche Produzenten und Konsumenten so miteinander verbunden sind, dass sie die jeweiligen Bedürfnisse des anderen wahrnahmen, und zudem einen Vorteil haben, wenn sie auf die Bedürfnisse eingehen, indem sie dementsprechend reagieren.

Das ist eine bewusst vast gehaltene Beschreibung, denn es ist eben auch nur das. Alles andere, das konkret mit Smart Grid in Verbindung gesetzt wird, ist eine mögliche, aber keine notwendige Realisierung. So bedeutet Smart Grid in keinster Weise eine zentrale Steuerung aller Produzenten und Konsumenten. Es bedingt ebenso wenig die aufgezwungene Ein- oder Ausschaltung von Geräten und bedeutet auch nicht, dass alles gläsern sein muss.

Was brauch es zum Errichten eines Smart Grids?

Es bedarf nur einer ausreichend sensiblen und wahrnehmbaren Kommunikationsbasis und eine Intelligenz der Geräte, gleichgültig ob Produzent oder Konsument, die auf die Informationen, die sie von der Kommunikationsbasis erhalten, reagieren können. Diese Intelligenz kann dabei in jedem einzelnen Gerät implementiert sein oder zentral bei einer x-beliebigen Schnittstelle. Jedoch gilt umso zentraler diese Intelligenz integriert ist, umso gläserner müssen Kunden und Produzenten sein.

Welche Wirkung erzielt die Kommunikation im Smart Grid?

Eine Kommunikationsbasis, die sich als effizient und präzise bewährt hat, ist der Preis. Dieser ergibt sich als Resultat aus dem Vergleich von Angebot und Nachfrage. Möchte man ökonomische Verschwendung vermeiden, ist dies die einzige Größe, die kommuniziert werden muss, und es bedarf keiner Befehle. Jeder Teilnehmer wird versuchen, soviel Strom in das Netz einzuspeisen, wie es für ihn kosteneffizient ist, also seine Grenzkosten unterhalb dem Marktpreis liegen. Ebenso wird jeder Konsument seinen Stromverbrauch je nach seinen technischen Möglichkeiten und der Kosteneffizienz zu den Zeiten verschieben, in denen der Strompreis am günstigsten ist.

Sind hohe Preisschwankungen an der Tagesordnung, werden vielerorts Batterien, Warmwasserspeicher oder neue Steuerungen gekauft, die eine Verschiebung des Strombedarfes ermöglichen. Kommt es zu negativen Strompreisen, werden Fernwärmenetze mit elektrischem Strom beheizt, anstatt dass Holz oder Erdgas verbrannt wird.

Die Bedingung ist nur, dass der aktuelle Preis bis zu jedem Konsument und Produzent durchdringt und nicht durch Zwischenhändler, wie etwa Stromversorger, abgefangen wird. Der Stromversorger muss dabei keine Steuerung der Konsumenten oder Produzenten vornehmen. Diese werden es nach ihren Möglichkeiten und Präferenzen selber tun, oder den Preis zahlen, der vom Netz gefordert wird.

Smart Grid bedeutet also auch die Möglichkeit bewusst zu entscheiden, welche Aufgabe man selbst im Netz übernehmen möchte oder umgekehrt, welchen Preis man bereit ist zu zahlen, um die Aufgabe nicht zu übernehmen, und sie damit einem anderen zu überlassen. Ein solches Netz bedeutet also die Demokratisierung der Stromproduktion und des Stromverbrauches.

Dies wird zahlreiche Konsequenzen haben. So wird im Vergleich zu einem Stromnetz ohne Smart Metering der Bedarf an Regelenergie und Energiespeichern sinken, weil zunächst alle Verschiebungen von Energiekonsum und Energieproduktion erfolgen, die kosteneffizienter sind als eine Stromspeicherung. Viele setzen Smart Grids mit der Idee gleich, dass möglichst jeder Batterien hat und möglichst autark ist, aber das stimmt nicht. Smart Grid ist vielmehr der Versuch, so wenig wie möglich Stromzwischenspeicher zu benötigen, indem versucht wird den Stromverbrauch und die Stromproduktion zu synchronisieren.

Ist der Strompreis für eine Stunde deutlich erhöht, schalten die Wärmepumpen und Tiefkühltruhen aus. Wasch- und Spülmaschinen und Trockner schalten nicht ein, sofern der Nutzer es nicht dringend benötigt, und alle Produzenten, die zu diesem Preis lukrativ produzieren können, werden versuchen möglichst viel elektrische Energie einzuspeisen. Ist der Strompreis allerdings niedrig, geschieht das Gegenteil. Alle Konsumenten versuchen ihre Bedürfnisse möglichst direkt abzudecken und alle Stromproduzenten mit einer speicherbaren Energiequelle – also alle außer Solar-, Wind- und Wellen- sowie Laufwasserkraftwerke werden ausschalten und die erschöpflichen Energiequellen für spätere Zeitpunkte aufbewahren. Also im Vergleich zu heute auch Biogasanlagen und insgesamt subventionierte BHKW.

Welche Angst mit Datensicherheit muss Unfug sein?

Die Angst, dass man in einem Smart Grid nicht mehr die Kontrolle über seine Geräte und sein Nutzerverhalten hat, sondern dass ein anderer diese übernimmt oder übernehmen könnte, ist nicht mit dem Prinzip von Smart Grid in Verbindung zu setzen. Das hat nichts mit Smart Grid zu tun, sondern mit Diktatur. Es darf keine Möglichkeit geben, die es softwaretechnisch erlaubt, Geräte von außen zu steuern, außer es ist ausdrücklich gewünscht, so wie heute viele freiwillig ihre Datenspeicherung outsourcen. Aber dies hat nichts mit Smart Grid zu tun, sondern es ist eine spezifische Dienstleistung. Jeder der das nicht möchte, muss das auf der Ebene der Hardware unterbinden können – und nicht bloß durch Software.

Die einzige Kommunikation, die in das Haus erfolgen darf, ist die des Strompreises. Was der Einzelne mit dieser Information anstellt, ist seine Angelegenheit! Denn ein Smart Grid ist eine Demokratisierung des Stromnetzes und nicht die Kontrolle durch eine Institution.

Welche Angst bezüglich Datensicherheit ist begründet?

Eine Bedingung des Smart Grids, oder besser der Kommunikationsbasis ist für die Datensicherheit viel kritischer. Grundlage für die Effizienz und auch die Intelligenz des Smart Grids ist die Kommunikation des jeweils aktuellen und der zu erwartenden Strompreise. Die Kommunikation dieser Preise ist völlig unkritisch, weil diese eine Entscheidungsgrundlage liefern, aber keinen aktiven Einfluss nehmen können. Zur Bestimmung des Strompreises ist auch nicht der Stromverbrauch der einzelnen Kunden und die einzelnen Produktionen an Strom notwendig. Hier zählt nur die Gesamtnachfrage und das Gesamtangebot in größeren Zonen und diese wird heute an jeder Mittelspannungsstation ohnehin schon erfasst.

Damit ein Smart Grid allerdings funktionieren kann, ist eine zeitdifferenzierte Stromabrechnung notwendig und genau hier ist die Datensicherheit gefährdet. Variiert der Strompreis viertelstündig, so muss auch der Stromverbrauch viertelstündig erfasst und irgendwie gespeichert und kommuniziert werden. Aber welche Daten müssen übermittelt werden? Die Energieversorger und Netzbetreiber sind natürlich an so viel wie möglich Informationen interessiert, zumal es mit dem Smart Metering so einfach ist.

Aber mit dem Lastprofil eines Nutzers lässt sich so viel heraus lesen. Hat er viele Kühlschränke und wie alt sind diese? Wann geht er in den Kühlschrank, wann isst er und wann geht er zu Bett. Für einige dubiose Geschäftspraktiken ist es auch interessant zu wissen, wenn man im Urlaub ist. Das private Verhalten von Nutzern liest sich wie ein Fingerabdruck aus der Kennlinie des Stromverbrauches.

Die Kommunikation des viertelstündigen Verbrauches in Echtzeit ist das gefährlichste bezüglich Datensicherheit in Bezug zu einem Smart Grid.

Dieses Datenschutzproblem wäre nur dadurch sicher zu unterbinden, wenn nicht alle Informationen unverarbeitet und in Echtzeit gesendet würden, sondern von einem internen System verarbeitet würde, welches während eines Monats die Summe der Produkte der jeweils aktuellen Strompreise mit den entsprechenden Stromverbräuchen bildet und diese Summe am Ende des Monats als einzelne Zahl X versendet wird, mit

X = ∑(Strompreis_i * Stromverbrauch_i).

Damit die Datensicherheit gewahrt bleiben kann, ist es deshalb unerlässlich, dass die Intelligenz dezentral beim Nutzer ist, und auch dort die Daten gespeichert sind. Wäre die Intelligenz in einem zentralen Server, müsste auch dort alles Wissen sein.