Wie lässt sich die Stromnachfrage besser steuern? – Intelligentes Stromversorgungsnetz

Der Energiemarkt war noch nie so unsicher wie heute. Das stellt uns vor grosse Herausforderungen. Angesichts des Klimawandels sind Forderungen nach einem technologischen Wandel lauter geworden.  

Auch die aktuelle Weltlage trägt nicht zur Entspannung der Energieversorgung bei. Erst die pandemiebedingte hohe Inflation, die Lieferkettenprobleme, dann die Sanktionen gegen russische Kraftstofflieferungen, die zu massiven Störungen der Marktpreise und der Kraftstoffsicherheit führen. 

Angesichts dieser wirtschaftlichen Herausforderungen müssen wir uns noch stärker um eine nachhaltigere Stromerzeugung bemühen, um die Kohlendioxidemissionen zu verringern. 

Ist die Energiewende überhaupt möglich?

Es gibt einige erschwerende Faktoren bei der Umsetzung der Energiewende. Laut einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) stieg die Energienachfrage 2021 um 5 %, wobei fast die Hälfte des Anstiegs auf fossile Brennstoffe, insbesondere Kohle, entfällt, so dass die CO2-Emissionen des Stromsektors 2022 einen neuen Höchststand zu erreichen drohen.

Es ist daher wichtiger denn je, die fossilen Energieträger mit erneuerbaren Energien zu ersetzen Allerdings kann die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien oft volatil sein. Denn sowohl bei der Solar- als auch der Windkraft ist der Ertrag zeitlich unbeständig. So gibt es Tage, an denen zu viel Strom produziert wird oder sogenannte Dunkelflauten, also Tage an denen weder die Sonne scheint noch der Wind weht und daher auch kein Strom produziert werden kann. Wie kann die Stromversorgung also sichergestellt und das Stromnetz stabil gehalten werden?

Die Lösungen sind neue Technologien, IoT und ein intelligenteres Stromnetz ( eng. „smart grid”). Ein intelligentes Stromversorgungsnetz kann Energieengpässe vermeiden und die Stromnachfrage besser steuern, so dass erneuerbare Energien dann genutzt werden können, wenn sie reichlich vorhanden sind. Um Stromausfälle zu verhindern, muss das Netz rechtzeitig bei Nachfragespitzen entlastet werden. 

IoT hilft beim Übergang zum intelligenten Stromnetz

Das intelligente Stromnetz erinnert an die intelligente Fertigung oder intelligente Fabriken, die ihre Anlagen mit fortschrittlichen Technologien und nachhaltigeren Industriesystemen verbessern. IoT-Technologien ermöglichen es nicht nur Fabriken, Haushalten und Büros sich mit dem Internet zu verbinden und Energiedaten in Echtzeit auszutauschen, sondern machen auch eine intelligente Energieverteilung in den Städten möglich.

So könnten einzelne Gebäude und Gegenstände, Infrastrukturen, Verkehrsmittel und Versorgungseinrichtungen über das IoT überwacht werden, indem sie mit Sensoren verbunden werden, um durch kontinuierliche Datenüberwachung die Energieeffizienz zu gewährleisten. Erfahren Sie, wie die verschiedene erneuerbaren Energien in Kombination mit dem IoT den Übergang zu einer sauberen Zukunft ermöglichen.

Der Einsatz des IoT bei der Erzeugung erneuerbarer Energie

Der Einsatz von IoT und KI hat die Effizienz von Systemen zur Verteilung erneuerbarer Energien verbessert. In Verbindung mit der kontinuierlichen Überwachung von Echtzeitdaten haben Smart-Grid-Technologien das Potenzial, die Stromerzeugung und -verteilung durch genaue Schätzungen des Stromverbrauchs und Vorhersage von Angebot und Nachfrage zu unterbrechen. Die LoRaWAN-Technologie ermöglicht zum Beispiel durch die drahtlose Verbindung von Objekten, das Senden von Alarmen und Überwachungsberichten.

Photovoltaik und Windkraft

Wie bereits erwähnt, reichen Solar- und Windkraft nicht immer aus, da ihr Ertrag stark von Witterungseinflüssen abhängt. Beide sind jedoch grossartige Quellen für alternative Energien. Windenergieanlagen können sowohl an Land als auch auf See installiert werden, und die Solarmodule, Transformatoren, Wechselrichter oder andere Komponenten können in Echtzeit überwacht werden. Mit präziser Ausrüstung, wie z.B. programmierbaren Reglern, kann die Überwachung und Behebung von Turbinenfehlern vereinfacht werden

Erneuerbare Energiesysteme wie Photovoltaikanlagen und Windturbinen können durch IoT-Technologie mit maschinellen Lernfunktionen und KI-gestützten Analysen effizienter und kostengünstiger gemacht werden. Die neuen Verbesserungen im IoT könnten die Netzeffizienz verbessern, indem sie die Übertragungsverluste im Stromnetz durch aktive Spannungssteuerung verringern. Um Probleme zu vermeiden und die Effizienz zu steigern, lohnt es sich, die Integration von Ethernet-Modulen oder drahtloser Kommunikation zu prüfen. Erfahren Sie hier mehr über die richtigen Geräte für alternative Energien.

Die weltweite Umstellung auf Wind-, Wasser- und Solarenergie könnte jährlich 4 bis 7 Millionen Todesfälle aufgrund von Luftverschmutzung verhindern und gleichzeitig die Auswirkungen der Erderwärmung zunächst verlangsamen und dann umkehren und damit den globalen Energiesektor stabilisieren.

Weltwirtschaftsforum

Wasserkraft

Das Potenzial der Wasserkraft, vor allem aus dem Meer, ist riesig und könnte die ganze Welt zweimal mit Strom versorgen. Die Energie einer einzigen Welle kann ein Elektrofahrzeug für Hunderte von Kilometern aufladen. Erfahren Sie hier mehr über die Wellenenergietechnologie.

Allerdings können Wasserkraftwerke die Biodiversität in den Gewässern gefährden. Durch undichte Rohre und Leitungen werden pro Tag mehr als 3 Millionen Liter Wasser verschwendet. Mithilfe von digitalen Wasserzählern und Sensoren können undichte Rohre und Leitungen frühzeitig erkannt und die Wasserqualität überwacht werden. Auch die IoT-Technologie kann den Zugang zu sauberem Wasser verbessern.

Wasserkraft

Mit ihrer Flexibilität und ihren Energiespeicherdiensten ist die Wasserkraft eine hervorragende Ergänzung zu volatilen erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie. Wasserkraft ist eine kosteneffiziente, zuverlässige und vielseitige Quelle für sauberen Strom und Wasserwirtschaft. Moderne Wasserkraftwerke leisten einen Beitrag zur sauberen Energiewende, indem sie wichtige Energie liefern, Energie speichern, Flexibilität bieten und das Klima schützen. 

Auch wenn die Erzeugung von Strom aus Wasserkraft nicht überall möglich ist, gibt es durchaus Möglichkeiten, die Branche auszubauen, und in sie zu investieren. Sie ist nicht nur die sauberste aller erneuerbaren Energien, sondern auch die kostengünstigste, da sie nur einen Bruchteil des Geldes, das für die Förderung von Solar- und Windenergie ausgegeben wird benötigt. Mit weiterer Forschung und Entwicklung und den Vorteilen der modernen Digitaltechnik sind in der Wasserkraftindustrie enorme Effizienzsteigerungen möglich 

Die Gezeitenturbinen können anhand der Daten von Sensoren, die an das Netz angeschlossen sind, gesteuert werden. Die Rotoren der Gezeitenturbinen können je nach Stärke und Richtung der Gezeiten automatisch angepasst werden. Druck und Durchfluss durch verschiedene Ventile, Pumpen und Leitungen können ebenfalls in Echtzeit überwacht und angepasst werden, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Intelligente Systeme ermöglichen die Steuerung in Echtzeit und die langfristige Unterstützung der Wartung, indem sie Leistungsdaten erfassen und diese über offene Protokolle mit anderen Systemen für Überwachung, vorausschauende Wartung und M2M-Kommunikation austauschen.

Da sich die Welt um uns herum ständig verändert, ist es wichtig sich auf die Bereiche zu konzentrieren, auf die wir Einfluss haben. Wenn wir in einer besseren Welt leben wollen, müssen wir uns um die Umwelt kümmern und in umweltfreundliche Energieträger investieren. Technologien wie das Internet der Dinge (IoT) können dabei helfen, denn durch grüne Mikronetze und intelligenten Geräten kann der Energieeffizienz gesteigert und der Energieverbrauch reduziert werden.

Intelligenter Transport 

Die Hauptursache für die Luftverschmutzung sind die fossilen Brennstoffe, die zur Energieerzeugung für den Verkehr verwendet werden. Aus diesem Grund steigen viele Länder von Benzin- auf Elektroautos um. Dem Guardian zufolge hat die Europäische Kommission im Rahmen des grünen Abkommens der EU vorgeschlagen, bis 2035 keine neuen Autos mehr mit Benzin oder Diesel zuzulassen. Weitere Informationen über Elektrofahrzeuge und deren Einführung in den einzelnen Ländern finden Sie im Electric Vehicles Index.

Der Wandel in der Transportbranche vollzieht sich auch dank intelligenter Lösungen wie IoT-fähigen Geräten, wie GPS und RFID, intelligenten Parksystemen, Routenoptimierung und Fahrzeugwartung. IoT-basierte Verwaltungssysteme ermöglichen eine optimale Effizienz, ohne viel Zeit und Energie zu verbrauchen 

Umweltfreundlichere Verkehrsmittel und innovative IoT-Lösungen könnten ein einfacher und schneller Weg sein, um CO2-Emissionen und andere mit dem Verkehr verbundene Schadstoffe zu reduzieren.

Gebäudeleittechnik

Die Technik in einem Gebäude verbraucht oft sehr viel Energie. Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) verbrauchen die meiste Energie in der gesamten Gebäudeinfrastruktur. Die Verwendung von IoT-Sensoren oder -Aktoren, die digital mit einem zentralen Gateway für die HLK-Steuerung verbunden sind, ermöglicht eine kontinuierliche Anlagenüberwachung, wobei drahtlose Netzwerke im Vergleich zu kagelgebundenen keine Installations- und Wartungskosten haben. Lesen Sie hiermehr über die Zusammenhänge.

Ein weiterer Faktor ist die Gebäudebeleuchtung. Angefangen bei Energiesparlampen bis hin zu Wi-Fi-fähigen LED-Leuchten ermöglichen die intelligenten Beleuchtungssysteme Energieeinsparungen, die sich zeit-, bewegungs- oder geräuschgesteuert ein- und ausschalten lassen, um den Energieverbrauch der Beleuchtung zu senken. Erfahren Sie, wie technologisch fortschrittliche Switches an übergeordnete Bussysteme oder SPS angeschlossen werden können.

Fabrikautomatisierung

Die Auswirkungen der Industrie und der Landwirtschaft stehen ebenfalls auf der Liste der häufigsten Ursachen für Luftverschmutzung. Deswegen investieren Fabriken und Hersteller in umweltfreundlichere Maschinen und Geräte. Dafür ist die Investition in IoT-automatisierte Prozesse und Datenanalyseattribute wichtig, um schnell vorhersagen und handeln zu können, wo die alten Geräte die Umwelt zerstören.  

Intelligente Technologien wie KI, IoT, Blockchain, maschinelles Lernen und der digitale Zwilling können dazu beitragen, die Luftverschmutzung zu verringern und einen robusteren Betrieb zu ermöglichen. IoT-basierte Geräte, wie Mensch-Maschine-Schnittstellen, ermöglichen es dem Einzelnen, seine kreativen und produktiven Fähigkeiten zu erweitern, während Roboter Routineaufgaben ohne menschliche Beteiligung erledigen. Andererseits ermöglichen Sensoren eine bessere Zählerkontrolle, Datenerfassung, -analyse und -übertragung an die Cloud, was sie zu “intelligenten” Zählern macht.

Kann ein intelligentes Netz die Ziele für saubere Energie erreichen?

Die Fortschritte auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Arbeits- und Lebensweise sind in den einzelnen Ländern und Städten unterschiedlich. Die Steuerung der Nachfrage wird im Zuge der Elektrifizierung von Häusern, Unternehmen und Verkehrsmitteln mit erneuerbaren Energien immer wichtiger werden. Die Städte haben jetzt die Möglichkeit und die Ressourcen, ihren Einwohnern nachhaltige Dienstleistungen und eine hohe Lebensqualität zu bieten. Nach Angaben der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) lebt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten, auf die 65 % des weltweiten Energiebedarfs und 70 % der energiebedingten Kohlendioxidemissionen (CO2) entfallen.

Daher müssen die Städte handeln, um den wachsenden Bedarf der Bevölkerung zu decken und gleichzeitig ein gesundes Lebensumfeld zu erhalten, die Armut zu bekämpfen und einen katastrophalen Klimawandel zu verhindern. Erfahren Sie, wie der Energiebedarf einer Stadt mit eneuerbarern Energien gedeckt werden kann und entdecken Sie die Lösungen von Elektro-Automatik, die auf regenerativer Energiegewinnung beruhen. 

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