Smarte Energielösungen: Stromversorgung für 7,6 Milliarden Menschen

Die genannte Zahl entspricht der Weltbevölkerung Ende 2018; bis Jahresende wächst sie um weitere 82 Millionen. Um den Strombedarf dieser rasant wachsenden Bevölkerung zu decken, optimieren Energieerzeuger und Versorger kontinuierlich ihre Methoden.

Verbesserte Arbeitsweisen und Maschinen steigern den Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerke, sodass mehr Menschen mit Strom versorgt werden können. SCADA-Systeme und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ermöglichen seit Langem die Überwachung von Anlagenleistung und -zustand. Doch SCADA-Systeme sind wenig interoperabel und bieten keine Verbrauchsanalyse der Endkunden.

Der Einzug des Internets der Dinge in den Energiesektor hat smarte Energielösungen hervorgebracht. Diese nutzen bahnbrechende IoT-Sensoren und Telemetrie für Verbrauchsanalysen, betriebliche Optimierung und Anlagenleistungsmanagement.

Smarte Energielösungen

Smarte Energielösungen umfassen Geräte wie Smart Meter und Smart Grids, die relevante Daten erfassen. Diese Daten umfassen Parameter des Stromflusses – von der Anlageneffizienz bis zum Energieverbrauch der Endkunden. Durch Analyse dieser Informationen können Energieversorger fundierte Entscheidungen treffen, um den Stromfluss in allen drei Bereichen – Erzeugung, Übertragung und Verteilung – effektiv zu steuern.

IoT spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Stromflusses in all diesen Phasen. Es ermöglicht Energieunternehmen, die Stromversorgung auch zu Spitzenzeiten zu managen und Verschwendung zu reduzieren. Lassen Sie uns die Vorteile von IoT in jedem Bereich genauer betrachten.

A. Stromerzeugung

Kraftwerksanlagen müssen effizient arbeiten, um Stromverluste zu minimieren. Doch Kraftwerke leiden unter hoher Unzuverlässigkeit und Ineffizienz aufgrund von:

• Einsatz veralteter und fehleranfälliger Anlagen.
• Unzureichenden Betriebs- und Instandhaltungsverfahren (O&M).
• Fehlinterpretation historischer Anlagendaten.

Diese Faktoren beeinträchtigen die Effizienz von Maschinen und Geräten massiv. IoT bietet kosteneffiziente Lösungen für Energieerzeuger, indem es O&M-Aufgaben verbessert und so die Lebensdauer der Anlagen verlängert. Durch kontinuierliche Überwachung von Betrieb und Leistung lassen sich Ausfallzeitpunkte und notwendige Wartungsintervalle präzise vorhersagen.

1) Betriebsüberwachung (Uptime Monitoring)

Betriebsüberwachung bezieht sich auf die Zeit, in der eine Anlage läuft. Während des Betriebs werden verschiedene Parameter gemessen, die Leistung und Zustand definieren. Diese Daten ermöglichen die Vorhersage von Ausfällen und die Planung zustandsbasierter, prädiktiver oder risikobasierter Wartungsaufgaben.

2) Stillstandsüberwachung (Downtime Monitoring)

Der Zeitraum, in dem eine Maschine gewartet wird oder nicht läuft, nennt man Stillstand. Mithilfe historischer Daten, die über eingebettete Sensoren erfasst wurden, können 적절한 Wartungs- und Reparaturmaßnahmen durchgeführt werden, um die Anlage wieder betriebsbereit zu machen.

Durch gleichzeitige Überwachung von Betriebs- und Stillstandszeiten verschiedener Anlagen in einem Kraftwerk lässt sich die Verfügbarkeit der Anlagen bestimmen. Reserveaggregate können so in Spitzenlastzeiten eingesetzt werden, um den Mehrbedarf zu decken. Weitere Vorteile der Verfügbarkeitsüberwachung:

• Geringere Wartungskosten.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Effizienz der Anlagen.
• Schnelle Inspektion und Identifikation von Fehlerquellen.
• Vermeidung von Notfallreparaturen und ungeplanten Stillständen.

B. Stromübertragung

Übertragungssysteme verlieren über längere Nutzungsdauer an Effizienz. Zudem arbeiten sie oft mit ineffizienten Kraftwerken zusammen, die niedrige Wirkungsgrade und hohe Emissionen aufweisen, was die Übertragungseffizienz weiter mindert.

Heute werden herkömmliche Netze durch IoT-angereicherte Versionen – Smart Grids – ersetzt. Diese bieten schnelle Fernsteuerung von Übertragungsparametern wie Frequenz, Spannung, Rampenrate usw. Sie ermöglichen einen bidirektionalen Datenaustausch zwischen Versorgern und Kunden, sodass Informationen und Strom fast in Echtzeit fließen können.

Vorteile, die Smart Grids für ein fortschrittliches Übertragungssystem bieten:

1) Management erneuerbarer Energien

Energie aus erneuerbaren Quellen ist fluktuierend, da sie von Umgebungsbedingungen abhängt. Ein smartes Übertragungssystem erkennt diese Schwankungen und gleicht die Versorgung durch Zuschaltung konventioneller Kraftwerke aus.

2) Senkung der Betriebskosten

Smart Grids messen mit Hilfe von Verteilnetzen den Stromverbrauch in verschiedenen Gebieten und ermitteln Spitzenlastzeiten. Darauf basierend entscheiden Versorger, wann „Spitzenlastkraftwerke“ (Peaking Plants) am effizientesten laufen, um die Versorgung in Spitzenzeiten zu sichern. Da weniger ineffiziente Spitzenlastkraftwerke nötig sind, sinken die Betriebskosten.

3) Anlagenmanagement

Ein Übertragungssystem besteht aus Umspannwerken, Transformatoren und Leitungen. Diese altern und entwickeln durch Überlastung und Dauerbetrieb Fehler. Verschiedene IoT-Sensoren überwachen relevante Anlagendaten, um Sicherheitsrisiken und anfällige Komponenten frühzeitig zu erkennen. Das verbessert Wartungsaufgaben und verlängert die Lebensdauer der Übertragungsanlagen.

C. Stromverteilung

IoT verbessert Verteilungsdienste und Kundenerlebnisse durch Smart Grids und Smart Meter weiter. Smart Meter sind IoT-Anwendungen, die Verbrauchsdaten eines Haushalts an den Versorger übermitteln. Die Daten sind auch für den Kunden per Web-App oder TV abrufbar.

Smart Meter ermöglichen smarte Verteilssysteme mit Vorteilen in folgenden Bereichen:

1) Versorgungs-Umleitung und -Wiederherstellung

Durch plötzliche Umwelt- oder Überlastungseinflüsse können Übertragungssysteme und Anlagen beschädigt werden, was die Stromversorgung in bestimmten Gebieten unterbricht. Die Reparatur und Wiederinbetriebnahme kann viel Zeit in Anspruch nehmen. Die Kombination aus Smart Grids und Smart Metern identifiziert alternative Versorgungswege und unterstützt Versorger dabei, die Stromversorgung in vom Blackout betroffenen Gebieten umzuleiten.

2) Energiemanagement-Lösungen für Zuhause

Smarte Haushaltsgeräte tauschen Daten mit Smart Metern aus, um Verbrauchsinformationen zu speichern und zu analysieren. Smart Meter leiten diese Daten an eine zentrale Plattform weiter, die sogar per TV zugänglich ist. Verbraucher können so ihren Haushaltsstromverbrauch managen und Stromkosten senken.

Der nächste Schritt zur Deckung des Strombedarfs

Smarte Energielösungen stärken Erzeugung, Übertragung und Verteilung. Der Einzug von IoT in den Energiesektor ermöglicht effizientere und zuverlässigere Systeme, die Verluste im Energiefluss vom Kraftwerk bis zum Endverbraucher reduzieren. Damit können Versorger ihr Stromnetz in entlegenere Gebiete ausdehnen und sind gerüstet, den Bedarf der stetig wachsenden Weltbevölkerung zu decken.