Das Themenfeld Smart Energy stellt einen wichtigen Bestandteil in der Diskussion um Smart Cities dar. Welche Herausfordungen und Tendenzen sich dabei für Deutschland ergeben, wurde in der 2011 von der Fraunhofer ESK durchgeführten Studie „Smart Grid Communications 2020. Fokus Deutschland“ thematisiert.
Die Studie zeigt den heutigen Stand der Elektroenergieversorgung in Deutschland auf und geht auch auf die zukünftige Energieversorgung ein. Bei dieser werden Smart Grids eine bedeutende Rolle spielen. Darüber hinaus beschreibt die Studie die wichtigsten Marktanforderungen in dem Bereich Smart Grids und thematisiert aktuelle Standardisierungs- und Forschungsaktivitäten im Rahmen des intelligenten Ausbaus des deutschen Stromnetzes bis 2020.
Technischer Ausbaubedarf zum einen und weiterer Forschungsbedarf zum anderen bestehen in dem Themenfeld Smart Energy vor dem Hintergrund, dass die Bundesregierung auf Grundlage ihres Energiekonzeptes den derzeit bei 16 % liegenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis 2020 auf 35 % steigern möchte. Die Nutzung von Windenergie macht gegenwärtig von den erneuerbaren Energien den größten Anteil für die Stromerzeugung aus, während Biogas und Photovoltaik in Bezug auf die Gesamtbilanz der Stromversorgung eine wesentlich kleinere Bedeutung haben. Die beiden letzteren beeinflussen aber laut der Studie stark die Netzstabilität und die Energiebilanz in den Verteilnetzen, in die sie eingespeist werden.
Um das Ziel der Steigerung des Anteils von 35 % an erneuerbaren Energien zu erreichen, werden Smart Grids notwendig. Diese dienen der Vernetzung und Steuerung der intelligenten Energieerzeugung, der Energiespeicherung und dem Energieverbrauch mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien.
Die Integration erneuerbarer Energien in die bestehende Energieversorgung bringt neue Herausforderungen mit sich: sie erfordert auf allen Netzebenen flexiblere Strukturen, für welche ein neues Kommunikations- und Steuernetz zum einen für die Verteilnetze und zum anderen zum Verbraucher hin nötig ist. Für die Einbindung erneuerbarer Energien bedarf es aber auch des Einbaus zusätzlicher Speicherkapazitäten. Dazu ist ein Ausbau der Leistung und der Kapazität der Speicher elementar. Die technologische Herausforderung für die Kommunikationsforschung besteht laut der Studie darin, wirtschaftliche und sichere Kommunikationslösungen für die verschiedenen Anwendungen des Smart Grids und die beteiligten intelligenten Komponenten des Stromnetzes bereitzustellen.
In Hinblick auf die Marktpotenziale tragen Smart Grids der Studie nach zu einer umweltschonenden und effizienteren Stromerzeugung sowie –nutzung bei. Eine hohe Kosteneinsparung wird beispielsweise für die Steuerung des Verbrauchs gesehen. Auch können durch Smart Grids die Stromerzeugung durch Lastverschiebung und Lastabwurf effizienter gestaltet und Lastspitzen vermieden werden. Deutschland hat dem „VDE-Trendreport Elektro- und Informationstechnik 2011“ (Schwerpunkt Smart Grids) nach im weltweiten Vergleich sogar die größten Kompetenzen, Realisierungsmöglichkeiten und Standortchancen im Bereich Smart Grids. Dies liegt unter anderem daran, dass große Industrieunternehmen wie Siemens bereits frühzeitig in den Sektor Smart Grids investiert haben. Hinsichtlich der Umsetzung des Smart Meterings als ein Bestandteil der Smart Grids stellt die forsa-Studie „Erfolgsfaktoren von Smart Metering aus Verbrauchersicht“ jedoch heraus, dass die Verbraucher die Einführung von Smart Metern nur zögerlich in Angriff nehmen. Grund hierfür sei, dass zum einen zu wenig Wissen über das technologische Potenzial sowie das Gerät selbst vorhanden sei und zum anderen die Angst vor dem „gläsernen“ Konsumenten weit verbreitet sei.
Schließlich stellt die Studie auch besonders interessante Anwendungen für die Entwicklung des intelligenten Stromnetzes in Deutschland dar. Hinsichtlich der Anwendungen im Bereich des Netzmanagements werden Anwendungen für den Ausbau des betreiberinternen Kommunikationsnetzes mit dem Ziel einer automatisierten Betriebsführung benötigt, um eine zentralisierte Überwachung und Steuerung der Netzelemente zu erreichen. Im Bereich der verbrauchernahen Anwendungen ist das Feld der Infrastrukturen im Rahmen von Smart Metering interessant. Laut der Studie reicht das Spektrum der Forschungsprojekte vom Design eines Smart Metering Netzwerkes bis zu den darauf aufbauenden Anwendungen Demand Side Management und Energy Management im Kundenbereich, der Einbindung von Elektro-Automobil-Ladestationen und Photovoltaikanlagen sowie dem Aufbau und Betrieb eines virtuellen Kraftwerkes.
Welche Potenziale und Herausfordungen Smart Grids aktuell mit sich bringen, wird auch Sebastian Gölz vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE auf der Tagung e-motion am 25.05.2012 in seinem Vortrag „Smart Energy: Intelligente Netze und die Herausforderungen für den Endkunden“ betrachten. Ergänzend dazu wird Kathrin Humboldt in ihrem Vortrag „Das T-City-Projekt ‚Smart Metering‘“ über konkrete Erfahrungen in der Umsetzung von Smart Metering in der T-City Friedrichshafen sprechen und diese in die allgemeinen Entwicklungen im Bereich Smart Energy einordnen.