Smart Grids und die Energiewende

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Das Stromnetz von morgen setzt auf erneuerbare Energien. Das bedeutet aber auch, dass die Energieversorgung dezentral organisiert ist und ständige Schwankungen verkraften muss. Thorsten Mehl vom Netzwerkanbieter Ciena erklärt, welche Rolle Smart Grids dabei spielen.

Die Weichen sind in Deutschland gestellt. Erneuerbare Energiequellen sollen in Zukunft deutlich an Bedeutung gewinnen und das Land unabhängig von Kernenergie machen. Allerdings ist es auf dem Weg zur Energieversorgung von morgen nicht damit getan, schlicht die Art der Stromerzeugung zu ändern.

Zu den gravierenden Unterschieden des neuen Energiesystems zählt, dass Wind- oder Sonnenkraftwerke keine konstante Leistung liefern, sondern natürlichen Schwankungen unterliegen. Zudem werden deutlich mehr Kraftwerke als früher in Betrieb sein werden. Die gesamte Infrastruktur der Stromversorgung wird also dezentral aufgebaut sein müssen.

Smart Grids verteilen die Ressourcen

Um diese Komplexität in Griff zu kriegen, sind computergesteuerte Smart Grids nötig. Diese intelligenten Energieinfrastrukturen sind in der Lage, Fluktuationen in der Versorgung flexibel und in Echtzeit auszugleichen, auf Nachfrage und Angebot zu reagieren und die Ressourcen entsprechend zu verteilen.

In naher Zukunft werden sich Energie- und Kommunikationssysteme immer mehr vermischen und Verbrauchern und Versorgern einen besseren Überblick und Kontrolle über den Stromverbrauch bieten – mit großen Vorteilen für beide Parteien: Wie der Branchenverband Bitkom in einem Ausblick im Frühjahr 2011 erklärte, können sich Energieversorger mit Smart Grids vom ineffizienten und klimaschädlichen Prinzip der Höchstlast-Vorhaltung abwenden und Privathaushalte durch die Einführung von zeitabhängigen Tarifen und einer Visualisierung des Energieverbrauchs an einem Smart Meter etwa 9,5 Terawattstunden Strom pro Jahr einsparen.

Auch Unternehmen profitieren von der Möglichkeit, die Energieaufnahme im Rechenzentrum, aber auch den Stromverbrauch der PCs, Drucker und Peripheriegeräte in den Büros differenziert darstellen und visualisieren zu können.

Notwendige Weiterentwicklung der Infrastruktur

Das Energienetz der Zukunft muss also beiderseitige Kommunikation ermöglichen, damit stets eine stabile Konnektivität vom Energieversorger zu den Kraftwerken und Übertragungseinrichtungen bis hin zum Verbraucher gegeben ist. Dafür sind verschiedene Weiterentwicklungen im Netzwerk nötig, um vorhandene Kapazitäten optimal zu nutzen und höchste Ausfallsicherheit zu ermöglichen.

 

»Die Energiebranche hat verbindungsorientiertes Carrier Ethernet als Trend erkannt, um von der Effizienz von Ethernet als Transport-Technologie zu profitieren.« Ciena-Manager Thorsten Mehl

 

1. Eine Glasfaser, viele Wellenlängen

Für den Aufbau wirtschaftlicher und zuverlässiger Smart Grid-Netzwerke müssen vorhandene Ressourcen optimal ausgenutzt und bereits getätigte Investitionen geschützt werden. Via Wave Division Multiplexing (WDM) werden mehrere Wellenlängen über eine Glasfaser übertragen.

Damit schafft man die Basis für ein hochkapazitives und skalierbares Netzwerk und senkt dabei die Betriebskosten, denn neben dem Technical Data Management (TDM) können auch neuere paketorientierte-Protokolle unterstützt werden.

Um die Kosten und Komplexität des Netzwerks weiter zu reduzieren, können TDM, Paket und WDM in einem sogenannten Paketoptischen Transport System (P-OTS) realisiert werden. P-OTS beschreibt die Konvergenz von paketorientierten und optischen leitungsorientierten Netzen. Heutige P-OTS bestehen in der Regel aus einem optischen WDM Layer und einem serviceorientierten Carrier Ethernet Layer.

2. Hohe Zuverlässigkeit und Vorhersagbarkeit

Für ein stabiles Energienetzwerk muss die Kommunikation jederzeit komplikationsfrei ablaufen. Die Energiebranche hat verbindungsorientiertes Carrier Ethernet als Trend erkannt, um von der Effizienz von Ethernet als Transport-Technologie zu profitieren, aber auch die notwendige Robustheit zu gewährleisten, die von SONET bekannt ist. SONET steht für Synchronous Optical Networking und ist das Pendant zum europäisch/asiatischen SDH (Synchronous Digital Hierarchy), einer Multiplextechnik.

So wird konsistenter, vorhersagbarer Datenaustausch möglich, zudem bietet der Ansatz deutlich mehr skalierbare Kapazität bei weniger Kosten.

3. AMI-Backhaul – Rücktransport der Daten

Um die Endverbraucher, also die Smart Grid-Kunden, mit der Versorgungskontrolle und den Rechenzentren zu verbinden, ist eine sogenannte Advanced Metering Infrastructure (AMI) notwendig. Mit einer stabilen Wireless-Kommunikation vom Unternehmen zum WAN können beispielsweise Zählerstände online abgelesen oder die Stromversorgung einzelner Gebäude oder auch ganzer Gebiete remote ab- und wieder angeschaltet werden.

 

Das Backhaul-Layer (in der Grafik rechts von der Mitte) verbindet Stromzähler mit den Datennetzen eines Service Providers oder mit dem Netz eines Energieversorgers. (Grafik: Ciena)

Analog zum Backhaul-Netzwerk im Mobilfunk transportiert das AMI-Backhaul-Netzwerk Daten von Smart Metern oder mobilen Endgeräten der Außendienstmitarbeiter zurück. AMI-Backhaul-Netzwerk steht für Advanced Metering Infrastructure, also eine Netzwerkinfrastruktur, die mit intelligenten Stromzähler- und Steuerungsgeräten verbunden ist. Das Backhaul verbindet diese mit modernen Datennetzen eines Service Providers oder direkt mit dem Netz eines Energieversorgers.

Kombiniert man hierfür Ethernet-Switching mit einem Glasfaser- und Mikrowellen-Netzwerk ergibt sich eine robuste und leicht ausbaubare Backhaul-Architektur zwischen den Abnahmestellen und dem Netzwerk-Core.

Potenzial des Smart Grids gewinnbringend umsetzen

Smart Grids können mehr als »nur« eine effiziente, stabile Energieversorgung sicherstellen. Dank der erweiterten Möglichkeiten eines flexiblen Netzwerks können Versorger ganz neue Geschäftsfelder erschließen und neue Einnahmen sichern. Die Kapazität liegt im Gigabit-Bereich und die großen Reserven ermöglichen es Energieversorgern, als Anbieter von Telekommunikations-Diensten an den Markt zu gehen.

Das vieldiskutierte Triple Play aus der Steckdose? Tatsächlich gibt es bereits Praxisbeispiele, die die erfolgreiche Erschließung neuer Märkte durch Energieversorger aufzeigen.

Hochskalierbares Netzwerk in Tennessee

Im US-Bundesstaat Tennessee rüstete das örtliche Department of Electricity (CDE) in der Gemeinde Clarksville seine Strominfrastruktur auf, um die zahlreichen Strom-Ein- und Abschaltungen automatisiert durchführen zu können. Aufgrund des hohen Anteils an Soldaten und Studenten in der Gemeinde war die Fluktuation stets hoch und der Aufwand damit erheblich.

Nach dem Upgrade verfügte CDE über ein hochskalierbares Netzwerk und über genügend Kapazitätsressourcen, um eigene Dienste wie Fernsehen, Internet und Telefon anbieten zu können. Diese Dienste wurden so gut aufgenommen, dass CDE einen eigenen Telekommunikationsableger namens CDE Lightband gegründet hat.

Das Beispiel zeigt, dass ein intelligentes Netzwerk Verbrauchern und Anbietern große Vorteile bringen kann. Versorger, die sich mit einem Upgrade den steigenden Anforderungen von heute und morgen stellen, werden als erste von dem gewaltigen Marktpotenzial profitieren können.

Ein erfahrener Partner mit Expertise im Aufbau von NGNs (Next Generation Network, ein Sammelbegriff für Netzwerke der neuesten Generation) kann diesen Unternehmen helfen, neue Dienste schnell und flexibel bereitzustellen, automatisiert Kapazitäten in Echtzeit zuzuteilen, und durch graduelle Upgrades bereits getätigte Investitionen zu schützen.

Der Autor, Thorsten Mehl ist Leiter Vertrieb, Bereich Unternehmenskunden bei Ciena, Deutschland.