Die Bedeutung von Smart Metering für die Energiewende

Der Anteil der erneuerbaren Energien im deutschen Stromnetz steigt stetig an. Was grundsätzlich eine gute Nachricht ist, stellt die Energiewirtschaft vor große Herausforderungen. Denn zu jedem Zeitpunkt muss das Angebot, die Stromproduktion, exakt der Nachfrage im Markt, dem Stromverbrauch, entsprechen. Keine leichte Aufgabe, wenn beide Seiten immer unkonstanter sind, sowohl die wetterabhängige Produktion als auch die immer stromfokussiertere Nachfrage. Liegen Angebot und Nachfrage zu stark auseinander, kommt es zu Instabilitäten im Stromnetz – im schlimmsten Fall droht ein Black-out.

Um Schwankungen im Stromnetz zu vermeiden, wurde ein Markt für die Maßnahmen geschaffen, die notwendig sind, um die Schwankungen auszugleichen: die Systemdienstleistungen. Denn oft entwickeln sich Produktion und Verbrauch anders als prognostiziert. Dann brauchen die Netzbetreiber sehr kurzfristig weniger Strom im Netz oder mehr als ursprünglich geplant. Die Maßnahmen zur Bereitstellung solcher kurzfristiger Änderungen des Produktions- oder Abnahmeverhaltens nennt man Systemdienstleistungen. Sie haben das Ziel, die Stabilität im Stromnetz zu gewährleisten, um so auch den weiteren Ausbau von erneuerbaren Energien sicherzustellen sowie die Voraussetzungen für die Elektrifizierung der Mobilität (z.B. E-Autos) und für die Wärmeversorgung (z.B. Wärmepumpen) zu schaffen. Zur Kategorie der Systemdienstleistungen gehört beispielsweise die Regelleistung. Sie dient der Sicherstellung des Leistungsgleichgewichtes zwischen Stromerzeugung und Abnahme, sodass die Frequenz im Stromnetz möglichst konstant bei 50Hz gehalten werden kann.

In der Vergangenheit war der Markt für Systemdienstleistungen großen Kraftwerksbetreibern bzw. großen Industriebetrieben vorenthalten. Beispielsweise haben große Aluminiumwerke ihren Betrieb gedrosselt, wenn die Nachfrage nach Strom das Angebot überschritten hat. Oder Kohlekraftwerke haben die Drehzahl ihrer Turbinen erhöht oder gesenkt, um so die Netzfrequenz zu regulieren. Doch im Zuge der Digitalisierung der Energiewende hat sich dieser Markt nun auch für private Haushalte geöffnet. So nehmen sonnenFlat-Kunden mit einer sonnenBatterie an unserem virtuellen Kraftwerk (sonnenVPP) teil, welches eine Vielzahl von sonnenBatterien zu einer virtuellen Batterie verbindet, die mit ihrer gemeinsamen Leistung schnell auf Schwankungen im Stromnetz reagieren kann. Für diese Systemdienstleistungen erhält sonnen eine Vergütung – in der Regel vom Netzbetreiber. sonnenFlat-Kunden wiederum werden an den Erlösen beteiligt, indem sie eine Gewinnbeteiligung und eine Freistrommenge erhalten. So können sonnenFlat-Kunden mit ihrer sonnenBatterie nicht nur Stromkosten sparen, sondern auch aktiv Geld am Energiemarkt verdienen.

Virtuelles Kraftwerk – so stabilisiert die sonnenCommunity das Stromnetz

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Doch die Integration von Batterien in ein virtuelles Kraftwerk erfordert auch die Einhaltung von technischen und regulatorischen Voraussetzungen – unter anderem im Bereich Zählertechnik. Denn am Netzverknüpfungspunkt eines Kunden mit sonnenBatterie passieren mehrere Dinge gleichzeitig: Solarstrom wird eingespeist, die Batterie erbringt Regelenergie oder mitunter muss auch Strom aus dem Netz bezogen werden. Hier muss der Netzbetreiber wissen: „Was passiert gerade? Kam der eingespeiste Strom gerade aus der Solaranlage, oder war das die Batterie, die mit ihrer Leistung das Stromnetz stabilisiert hat?“. Hier ist also eine separate Erfassung der Einspeisemengen notwendig. Sämtliche Messwerte müssen dabei selbstverständlich mit geeichten Zählern ermittelt werden.

Ein klassisches Messkonzept für Kunden mit PV-Anlage und sonnenBatterie (ohne Netzstabilisierung) schaut daher noch sehr einfach wie folgt aus:

Bild 1 sonnen Messkonzept

Wenn die Sonne scheint, erzeugt die PV-Anlage sauberen Solarstrom für den Haushalt. Dieser wird entweder direkt im Haushalt verbraucht oder aber in der sonnenBatterie gespeichert, um ihn auch abends und nachts nutzen zu können, wenn die PV-Anlage nicht ausreichend grünen Solarstrom produziert. An besonders sonnigen Tagen erzeugt die PV-Anlage mehr Strom, als im Haushalt verbraucht oder gespeichert werden kann. Dieser überschüssige Strom wird ins Stromnetz eingespeist. Diese Einspeisung ins Netz misst der Zähler Z1 – hier symbolisiert durch den Pfeil in Richtung Netz. Muss einmal Strom aus dem Netz bezogen werden, dann misst das auch der Zähler Z1 – hier symbolisiert durch den Pfeil in Richtung Haus. Für beide Werte reicht es aus, hier bloß die Jahresmengen zu erfassen und abzulesen.

Das sonnenFlat-Messkonzept, welches zusätzlich die Erbringung von Regelleistung ermöglicht, muss jetzt in der Lage sein, zwei Ströme auseinander zu halten: Welcher Strom, der ins Netz geht, kam aus der PV-Anlage? Und welcher Strom, der ins Netz geht, kam aus der Batterie? Für den Netzbetreiber ist das wichtig, denn für den grünen Solarstrom gibt es eine Vergütung nach dem EEG. Der Strom aus der Batterie wird als Regelenergie hingegen anders vergütet. Wenn die Abrechnung also korrekt sein soll, muss er die beiden auseinanderhalten können.

Hier reicht ein Zähler Z1 am Netzverknüpfungspunkt nicht mehr aus. Denn an dieser Stelle sind die beiden Strommengen schon „vermischt“ und der Zähler kann sie nicht mehr auseinanderhalten. Dafür braucht es einen zweiten Zähler an der richtigen Stelle. Das Messkonzept für die sonnenFlat schaut daher wie folgt aus:

Bild 2 sonnen Messkonzept

Erbringt die sonnenBatterie jetzt Regelleistung, kann sie Strom in das Stromnetz einspeisen oder aus dem Stromnetz aufnehmen. Je nachdem, was gerade benötigt wird. Strom aus dem Netz wird rechtlich immer als grauer Strom eingestuft. Damit gilt automatisch auch der gesamte Strom in der sonnenBatterie immer als „grauer Strom“, für den es keine Vergütung nach dem EEG gibt, auch wenn es physisch grüner Strom ist, wenn er von der PV-Anlage kommt.

Sollte es jetzt eine Unterproduktion im deutschen Netz geben und das virtuelle Kraftwerk von sonnen Regelleistung liefern, so würden die sonnenBatterien für kurze Zeit Strom an das Netz abgeben, um es stabil zu halten. Zu diesem Zeitpunkt würde sich der rechtlich „graue“ Strom aus der Batterie mit dem rechtlich „grünen“ Solarstrom aus der PV-Anlage auf dem Weg ins Netz vermischen. Damit Grün- und Graustrom aber weiterhin bei der Einspeisung voneinander getrennt erfasst werden können (und so für den grünen Solarstrom weiter die EEG-Vergütung in Anspruch genommen werden darf), bedarf es eines weiteren Zählers (Zähler Z2).

Grün- und Graustrom können jetzt mit einer einfachen Rechenoperation auseinandergehalten werden. Wieviel Strom schickt die Batterie ins Netz? Dieser Wert steht auf dem Zähler Z2 – hier symbolisiert durch den Pfeil in Richtung Netz. Wieviel Strom schickt die PV-Anlage ins Netz? Hierfür müssen wir nur von der gesamten Einspeisung in das Netz (gemessenen vom Zähler Z1) einfach nur die Einspeisung der Batterie (gemessen vom Zähler Z2) abziehen. Denn sämtliche Einspeisung, die nicht aus der Batterie kam, kam augenscheinlich aus der PV-Anlage.

Doch zusätzlich zu dem weiterern Zähler, müssen beide Zähler auch häufiger Messwerte erfassen. Bei einem herkömmlichen Haushaltszähler (ein sogenannter SLP Zähler) wird der Zählerstand im Regelfall nur einmal im Jahr erfasst, so dass nicht nachvollziehbar ist, wann genau welche Menge in das Netz eingespeist wurde. Für die Netzdienstleistungen reichen die Jahreswerte leider nicht. Denn der Netzbetreiber braucht dabei nicht „irgendwann im Jahr“ mehr oder weniger Strom im Netz, sondern sehr kurzfristig innerhalb einer bestimmten Viertelstunde. Deshalb muss die Einspeisung aus der Batterie in das Stromnetz viertelstündlich erfasst und bilanziert werden. Dies kann mit RLM Zählern oder aber mit den neuen intelligenten Messsystemen (iMSys) sichergestellt werden, die auch als Smart Meter bekannt sind. RLM-Zähler werden typischerweise in der Industrie oder bei Großanlagen wie z.B. Windparks eingesetzt. Die neuen intelligenten Messsysteme sollen die viertelstündliche Messung jetzt auch Haushaltskunden zugänglich machen. Genauer gesagt besteht so ein iMSys aus einem oder mehreren elektronischen Zähler(n) (auch moderne Messeinrichtung [mME] genannt) sowie einem zertifizierten Smart Meter Gateway als Kommunikationsmodul.

Da erst vor kurzer Zeit die ersten Hersteller von Smart Meter Gateways die Zertifizierung für ihre Geräte erhalten haben, hat sonnen in der Vergangenheit vor allem RLM Zähler für die Umsetzung des sonnenFlat Messkonzeptes verwendet. In der Zukunft werden jedoch mehr und mehr intelligente Messsysteme bei unseren Kunden zum Einsatz kommen. Sie sind kleiner und stärker auf die Bedürfnisse von Haushaltskunden ausgerichtet. Um die Installation und den Betrieb dieser Smart Meter kümmern sich sogenannte Messstellenbetreiber, mit denen sonnen zusammenarbeitet. Die Kunden müssen sich nicht selbst um das Thema Messstellenbetrieb kümmern, sonnen übernimmt im Rahmen des sonnenFlat-Vertrags alle notwendigen Schritte für den Kunden. So kann der Kunde ohne Mühe von modernster Messtechnik profitieren, die wichtig für die Erbringung von Regelleistung und somit auch für die Netzstabilität ist.

Bei sonnenFlat-Kunden wurden in den letzten Jahren bereits viele Tausend RLM Zähler eingebaut – allerdings noch nicht in allen Netzgebieten. Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von intelligenten Messsystemen, wird das oben dargestellte Messkonzept künftig noch schneller und in größerem Umfang bei unseren Kunden umgesetzt werden.

Trotzdem können alle sonnenFlat-Kunden die damit verbundenen Vorteile genießen, auch wenn die Zähler noch nicht installiert sind. Denn da bereits viele Mitglieder der sonnenCommunity mit ihrer sonnenBatterie die Regelleistung erbringen und somit Einnahmen am Energiemarkt erzielen, können alle anderen daran beteiligt werden. Es gibt keine Einschränkungen oder Nachteile für die Kunden, bei denen der Zielzustand, bei der Umsetzung des Messkonzeptes noch nicht erreicht ist. Die oben beschriebene Regelleistung ist auch nur eine von mehreren Anwendungsmöglichkeiten zur Nutzung der Flexibilität des Batteriespeichers. Unser virtuelles Kraftwerk eröffnet uns in Zukunft noch weitere spannende Möglichkeiten für Flexibilitätsvermarktung und Netzdienstleistungen, die dabei helfen das Stromnetz stabil zu halten und einen möglichst umfangreichen Ausbau Erneuerbarer Energien zu ermöglichen.  

Erschienen am: 04.05.2020