Arbeitsblatt Netz der Zukunft

Arbeitsblatt Netz der Zukunft
1. Wie wird der Strom transportiert?
Vom Kraftwerk aus wird der Strom überall dorthin transportiert, wo wir Menschen ihn brauchen. Dafür gibt
es vier Wege, die man mit Autobahnen, Bundesstraßen, Landstraßen und Gemeindestraßen vergleichen kann:
Für sehr lange Übertragungswege werden Höchstspannungsleitungen mit 220 oder 380 Kilovolt (kV) eingesetzt.
Das sind die Autobahnen der Stromversorgung. Durch die hohe Spannung lassen sich gerade bei großen Entfernun
gen Verluste minimieren. Das Hochspannungsnetz ist vergleichbar mit der Bundesstraße, das Mittelspannungsnetz
mit der Landstraße. Dort fließen die Elektronen mit weniger Kraft weiter und kommen schließlich mit einer
Spannung von 230 Volt im Niederspannungsnetz, also in der Gemeindestraße, an. Das Niederspannungsnetz liegt
zum großen Teil unter der Erde. Über die Niederspannungsnetze werden die Endverbraucher, also auch deine
Familie, versorgt.
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 2
2. Unser Stromnetz wird „intelligent“
Stell dir vor, es ist Nacht. Die Photovoltaikanlage auf dem Dach macht
gerade Pause. Nicht so die Waschmaschine im Keller und das Elektroauto
im Carport – beide nutzen Windstrom, der gerade bereitsteht für eine
Ladung Wäsche und eine Batterieaufladung. Der Startschuss dafür kam
vom Smart Meter, einem „intelligenten Zähler“ im Zählerschrank. Dieses
zentrale Steuergerät verbindet Waschmaschine, Ladestation und auch die
anderen Elektrogeräte im Haushalt. Es kennt alle Angebote von Energie
lieferanten und kombiniert diese mit den Bedürfnissen der Kunden. Das
Gerät weiß, dass das E-Auto am nächsten Tag nicht gebraucht wird.
Entsprechend wird es am Vormittag einen Teil des Batteriestroms wieder
freigeben und ins Netz zurückspeisen, wenn der Strombedarf überall
steigt. Das Stromnetz und seine Assistenten denken selbstständig mit – sie
erfassen und analysieren Energiebedarf und -angebot und sind für die
Steuerung, die Speicherung und den Transport verantwortlich.
So soll das Netz der Zukunft einmal funktionieren.
» Experiment: Trinkbecher-Spiel
1. Teilt eure Klasse in drei Gruppen auf:
a) Verbraucher (große Gruppe: 15–20 Schüler)
b) Erzeuger (mittlere Gruppe: 6–10 Schüler)
c) Manager (kleine Gruppe: maximal 3 Schüler)
Die Manager erhalten Zettel mit verschiedenen Zeiten. Diese Zeiten beschreiben, in welchen Abschnitten ein
Erzeuger Wasser in einen Becher gießt und ein Verbraucher Wasser aus einem Becher trinkt. Die Manager
müssen diese Zettel so verteilen, dass stets jeder Verbraucher etwas zu trinken hat.
Dann geht das Spiel los: Die Verbraucher trinken und gehen
nach ihren vorgegeben Zeiten zu den Erzeugern. Die Erzeuger
schenken nur ein, wenn ihre Zeitvorgabe dies erlaubt.
2. Berichtet von euren Erfahrungen:
a) Verbraucher: Hatte ich immer genügend zum Trinken?
b) Erzeuger: Wie groß war die Nachfrage?
c) Manager: Welche Probleme traten auf?
3. Auf dem Weg zum cleveren Stromnetz
Die Energiewende ist in Bayern längst angekommen. Für das Stromnetz hat dies einen Paradigmenwechsel
zur Folge. Bisher agierten die Verbraucher so, dass sie Strom dann verbrauchten, wenn sie ihn benötigten.
Diesem Verhalten mussten sich die Erzeuger anpassen: Konventionelle Großkraftwerke wurden so gesteu
ert, dass Erzeugung und Verbrauch in Einklang waren. Die Netze waren so ausgelegt, dass ihre Kapazität
dem Verbrauch entsprach. Das ändert sich nun grundlegend: Schon heute gibt es eine Vielzahl von dezen
tralen Erzeugungsanlagen, die nur zum Teil gesteuert werden können und in manchen Zeiten viel mehr
Strom erzeugen, als eigentlich benötigt wird.
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 2
Die Energielandschaft ist im Wandel
Trotz der aktuell positiven Entwicklung auf der Einspeise-Seite ist es bis zum Energiesystem von morgen
aber noch ein weiter Weg. Eine erfolgreiche Energiewende erfordert ein intelligentes und leistungsfähi
ges Stromnetz. Dazu muss das bestehende Netz ausgebaut und verstärkt werden. Das betrifft nicht nur
Leitungen, sondern vor allem auch Umspannwerke, die überschüssigen Strom auf die nächste Netzebene
befördern können. Schließlich muss der Strom von den dezentralen Erzeugern aus dorthin transportiert werden,
wo er gerade verbraucht werden soll. Gleichzeitig müssen die enormen Leistungsschwankungen von Wind- und
Photovoltaikanlagen abgefangen werden. Die Veränderungen in der Energielandschaft erfordern zudem inten
sive Entwicklungen in der Speichertechnologie und bei innovativen Netzkomponenten. Denn wenn die schwan
kende Erzeugung aus regenerativen Energiequellen wie Wind und Sonne nicht mit dem Verbrauch in Einklang
gebracht wird, gerät das System aus dem Gleichgewicht. Ist beispielsweise die Stromerzeugung aus Photovoltaik
an einem sonnenreichen Tag sehr hoch, der Verbrauch jedoch gering, steigt die Spannung im Netz. Übersteigt sie
ein kritisches Maß, nehmen nach heutigem Stand der Technik Schutzmechanismen die Anlagen vom Netz.
Das Netz der Zukunft
Künftig könnten clevere Steuerungssysteme dafür sorgen, dass der nicht benötigte Strom in Speicher abgeleitet
wird oder dass der Verbrauch gezielt in diese Zeiten verlagert wird. Energieintensive Haushaltsgeräte oder die
Aufladung der Elektrofahrzeuge könnten dann ferngesteuert gestartet werden. Man spricht in diesem Zusammen
hang vom Smart Grid: Ein „intelligentes Stromnetz“ ermöglicht die Vernetzung von Erzeugern, Energiespeichern,
Netzkomponenten und Verbrauchern. Es stellt sicher, dass die beteiligten Akteure miteinander kommunizieren
und, wenn nötig, auch gesteuert werden können. Ein Baustein des intelligenten Netzes sind daher Smart Meter.
Diese intelligenten Stromzähler sind über Datenverbindungen mit dem Netzbetreiber und den Geräten im Haus
halt verbunden. Sie können Haushaltsgeräte entsprechend der aktuellen Verfügbarkeit von Energie steuern und
so zur Netzstabilität beitragen.
Netzbetreiber, Hochschulen, Kommunen und Wirtschaftspartner betreiben dazu schon lange Forschungsprojekte
und Feldversuche. Ziel ist es, neue Technologien und Steuermechanismen zu entwickeln, die helfen, den Weg
zum Netz der Zukunft zu ebnen. So wurden zum Beispiel schon regelbare Ortsnetztransformatoren entwickelt,
die die Spannung im Niederspannungsnetz selbstständig anpassen und damit automatisiert zur Netzstabilität
beitragen können.
» Aufgabe:
1. Lies den Text aufmerksam durch.
2. Beantwortet im Zweierteam unten stehende Fragen mit eigenen Worten.
1. Welche Veränderungen in der Energielandschaft ebnen den Weg in die Energiezukunft?
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 2
2. Was bedeutet „Smart Grid“ und welche Innovationen stecken dahinter?
3. Wozu brauchen wir intelligente Netze?
4. Was ist ein Smart Meter und wozu dient er?
5. Wie würde euer Konzept für eine intelligente Energieversorgung der Zukunft aussehen?
3. Besprecht und vergleicht eure Lösungen anschließend in der Klasse.
4. Das Stromnetz der Zukunft – gestaltet es selbst!
» Aufgabe:
1. Nun ist eure Kreativität gefragt: Erstellt in Gruppen zu je drei bis vier Schülern ein Schaubild,
das den Aufbau eines intelligenten Stromnetzes verdeutlicht.
2. Bereitet auch hierzu auch eine Präsentation vor, in der ihr eure Mitschüler über die Notwendigkeit und Funktion
intelligenter Stromnetze informiert.
Arbeitsblatt Netz der Zukunft – Segment 2
Als zusätzliche Informationsquelle könnt ihr auch das Internet nutzen!
Tipp!
Wir bilden auch aus!
www.bayernwerk.de/schule
www.bayernwerk.de/ausbildung

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