Das "Grid" ist das elektrische Netz, das alle Einwohner, Unternehmen und Infrastrukturdienste in einer Stadt versorgt. Das "intelligente Netz" ist die nächste Generation dieser Energiesysteme, die mit Kommunikationstechnologie und Konnektivität aktualisiert wurden, um eine intelligentere Ressourcennutzung, Energieeffizienz und einen geringeren CO2-Ausstoß zu fördern.
Zu den Technologien, die das heutige IoT-gestützte Energienetz "intelligent" machen, gehören drahtlose Geräte wie Sensoren, Funkmodule, Gateways und Router. Diese Geräte sorgen für die ausgeklügelte Konnektivität und Kommunikation, die es den Verbrauchern ermöglicht, bessere Entscheidungen über die Energienutzung zu treffen, den Städten Strom- und Kosteneinsparungen zu ermöglichen und die Energiebehörden in die Lage zu versetzen, die Stromversorgung nach einem Stromausfall schneller wiederherzustellen.
Der Trend geht heute dahin, dass Kommunen aus einer Reihe von Gründen auf intelligente Netztechnologien umsteigen. Dazu gehören die Notwendigkeit, die Energienutzung zu verbessern, den Bürgern einen besseren Kundenservice zu bieten, sich auf Katastrophen vorzubereiten und veraltete, wartungsintensive Technik aufzurüsten. Außerdem haben technologische Fortschritte die drahtlose Kommunikation, sowohl Mobilfunk als auch RF (Radiofrequenz), erschwinglich und einfach in Smart-Grid-Anwendungen einsetzbar gemacht.
Nach
Scientific American In den Vereinigten Staaten gibt es 200.000 Meilen an Hochspannungsleitungen, die zusammen mehr als eine Million Megawatt Strom transportieren. Das Problem für die USA besteht darin, dass ein großer Teil dieser Infrastruktur im zwanzigsten Jahrhundert im Rahmen eines milliardenschweren Projekts gebaut wurde, das weitgehend vor der Erfindung des Internets konzipiert und durchgeführt wurde, und sicherlich bevor Mobilfunk und andere drahtlose Technologien als praktikabler Ersatz für teure Kabel aufkamen.
Schnelle Antworten:
- Definition von Smart Grid: Ein Smart Grid modernisiert das Stromnetz durch die Integration von bidirektionaler digitaler Kommunikation, Sensoren und automatisierter Steuerung, um die Zuverlässigkeit, Effizienz, Ausfallsicherheit und die Integration erneuerbarer Energien zu verbessern.
- Die RolleIoT: IoT (intelligente Zähler, Sensoren, Gateways, Router) erfassen und übertragen Betriebsdaten in Echtzeit, sodass Versorgungsunternehmen die Reaktion auf Ausfälle automatisieren, die Energieverteilung optimieren und die Laststeuerung sowie dezentrale Energiequellen unterstützen können.
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Wie unterscheidet sich ein Smart Grid von einem herkömmlichen Stromnetz?
Um zu verstehen, warum intelligente Stromnetze wichtig sind, ist es hilfreich, sie mit herkömmlichen Stromnetzen zu vergleichen – und zu sehen, was sich ändert, wenn bidirektionale Datenübertragung und Automatisierung eingeführt werden.
| Merkmal |
Traditionelles Raster |
Intelligentes Stromnetz |
| Datenfluss |
Einweg |
Zweiwege |
| Reaktion auf Ausfälle |
Handbuch |
Automatische Umleitung + Warnmeldungen |
| Messung |
Analog / geschätzt |
Intelligente Zähler + Echtzeit |
| Integration erneuerbarer Energien |
Begrenzt |
Entwickelt für DERs |
| Kundenwissen |
Niedrig |
Hoch (Preisgestaltung + Nachfragereaktion) |
Wichtige Komponenten eines Smart Grids (und wo IoT )
Ein Smart Grid kombiniert vernetzte Geräte, Kommunikationsnetzwerke und Softwareplattformen, um die Stromerzeugung, -verteilung und -verbrauch nahezu in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Nachfolgend sind die Kernkomponenten aufgeführt, die die Modernisierung des Smart Grids ermöglichen.
Intelligente Zähler
Intelligente Zähler sind digitale Energiezähler, die den Stromverbrauch messen und die Daten automatisch an den Energieversorger übertragen. Sie ermöglichen die Fernablesung von Zählern, unterstützen zeitabhängige Tarife, helfen bei der Erkennung von Ausfällen und liefern Einblicke in das Verbrauchsverhalten, um die Nachfrageprognosen zu verbessern.
Gittersensoren und Überwachungsgeräte
Sensoren überwachen die Betriebsbedingungen im gesamten Netz, darunter Spannung, Stromstärke, Frequenz, Temperatur, Zustand der Anlagen und Fehlererkennung. Diese Geräte bieten die Echtzeit-Transparenz, die Versorgungsunternehmen benötigen, um Ausfälle vorherzusagen, Ausfallzeiten zu vermeiden und die Systemleistung zu optimieren.
Geräte zur Automatisierung der Verteilung
Geräte zur Automatisierung der Verteilung steuern und schützen die Netzinfrastruktur am Rand, darunter Wiedereinschaltvorrichtungen, Schalter, Kondensatorbänke und Spannungsregler. Durch die Kombination von Automatisierung und Sensordaten können Versorgungsunternehmen Fehler isolieren und den Strom umleiten, um die Reaktion auf Ausfälle und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Überwachungs- und Steuerungssysteme für Umspannwerke
Umspannwerke fungieren als wichtige Kontrollpunkte für die Stromverteilung. Smart-Grid-Lösungen umfassen häufig vernetzte Geräte und Überwachungssysteme, um die Leistung von Transformatoren zu verfolgen, Überhitzung oder ungewöhnliches Lastverhalten zu erkennen und Ferndiagnosen zu unterstützen – wodurch manuelle Inspektionen reduziert und die Sicherheit verbessert werden.
IoT und industrielle Router
Gateways und Router sammeln Daten von Feldgeräten und übertragen sie sicher an Versorgungssysteme. Sie unterstützen häufig Edge-Computingund ermöglichen so grundlegende Analysen oder Entscheidungsfindungen näher an der Quelle. In intelligenten Stromnetzen spielen Gateways auch eine wichtige Rolle bei der sicheren Konnektivität, der Protokollübersetzung und der Fernverwaltung von Geräten.
Kommunikationsnetze
Intelligente Stromnetze sind auf eine zuverlässige Konnektivität angewiesen, um Daten zwischen verteilten Anlagen und Versorgungsbetrieben zu übertragen. Zu den gängigen Netzwerktechnologien für intelligente Stromnetze gehören:
- Mobilfunk LTE/5G) für eine breite Abdeckung und skalierbare Bereitstellungen
- RF-Maschennetze für die Kommunikation zwischen Zählern und lokale Ausfallsicherheit
- Wi-SUN® für sichere, versorgungsorientierte Feldbereichsnetzwerke
- Privates LTE für dedizierte Versorgungsinfrastruktur und missionskritische Leistung
Versorgungsunternehmen können je nach geografischer Lage, Latenzanforderungen und Sicherheitsanforderungen einen hybriden Ansatz verfolgen.
Dienstprogramm-Softwareplattformen (Analytics Plus Control)
Softwaresysteme wandeln IoT in operative Entscheidungen um. Diese Plattformen helfen Versorgungsunternehmen dabei:
- Überwachen Sie den Zustand des Netzes und der Anlagen
- Nachfrage prognostizieren und Lastenausgleich planen
- Verteilte Energieressourcen (DERs) verwalten
- Automatisierung der Workflows zur Erkennung und Behebung von Ausfällen
- Unterstützung der Überwachung der Cybersicherheit und der Einhaltung von Vorschriften
Zu den gängigen Plattformen gehören Grid-Analysetools, SCADA-Systeme und Betriebsmanagementsoftware (OMS/DMS).
Wichtigste Erkenntnis
Intelligente Stromnetze basieren auf vernetzten Mess- und Sensorsystemen, automatisierten Feldgeräten, sicheren Netzwerken und analytikgestützten Abläufen. Zusammen ermöglichen diese Komponenten Echtzeit-Transparenz, schnellere Reaktionszeiten und eine bessere Integration von erneuerbaren Energien und dezentralen Ressourcen.
Wie ein Smart Grid funktioniert (Schritt für Schritt)
Ein Smart Grid nutzt IoT , sichere Konnektivität und Versorgungssoftware, um den Zustand des Netzes zu überwachen und Reaktionen nahezu in Echtzeit zu automatisieren.
- Geräte sammeln Daten: Intelligente Zähler und Sensoren erfassen Echtzeitinformationen wie Verbrauch, Spannung und Zustand der Geräte.
- Daten werden übertragen: Konnektivität (Mobilfunk, RF-Mesh, Wi-SUN, privates LTE) überträgt Felddaten sicher an Versorgungssysteme.
- Gateways aggregieren und sichern: IoT und industrielle Router sammeln lokale Gerätedaten, verschlüsseln Übertragungen und können Edge-Verarbeitung unterstützen.
- Systeme analysieren Bedingungen: Versorgungsplattformen analysieren eingehende Daten, um Ausfälle, Risiken, Ineffizienzen und abnormale Muster zu identifizieren.
- Die Automatisierung reagiert: Netzsteuerungen isolieren Fehler, leiten den Strom um und passen die Anlagen an, um den Betrieb schneller wiederherzustellen und die Leistung zu stabilisieren.
- Die Last wird durch Lastmanagement ausgeglichen: Versorgungsunternehmen nutzen Preissignale oder Automatisierung, um Spitzenlasten zu reduzieren und die Energieverteilung zu optimieren.
- DERs sind integriert: Intelligente Stromnetze koordinieren erneuerbare Energien, Speicherung und das Laden von Elektrofahrzeugen, um schwankende Angebot und Nachfrage auszugleichen.
- Fernüberwachung sorgt für zuverlässige Systeme: Versorgungsunternehmen können die Überwachung und das Lebenszyklusmanagement mithilfe von Digi Remote Manager® zentralisieren und so die Gerätesicherheit, Betriebszeit und Konfigurationskonsistenz aufrechterhalten.
Sicherheit und Ausfallsicherheit im intelligenten Stromnetz
Mit der Modernisierung der Netzinfrastruktur durch Versorgungsunternehmen wird Konnektivität zu einem wichtigen Vorteil, erhöht aber auch die Bedeutung von Cybersicherheit, Betriebssicherheit und Ausfallsicherheit. Intelligente Netze nutzen eine Kombination aus sicheren Geräten, verschlüsselter Kommunikation und zentraler Überwachung, um kritische Infrastrukturen zu schützen und die Kontinuität der Dienstleistungen zu gewährleisten.
Warum Sicherheit in IoT Smart Grids so wichtig ist
Ein Smart Grid verbindet Tausende (oder Millionen) von Feldgeräten – wie intelligente Zähler, Sensoren und Automatisierungsgeräte – über große geografische Gebiete hinweg. Der Schutz dieser verbundenen Endpunkte hilft Versorgungsunternehmen, das Risiko folgender Gefahren zu verringern:
- Unbefugter Zugriff auf Geräte
- Datenmanipulation oder -abfang
- Dienstunterbrechung durch Cyberangriffe
- Ausfälle aufgrund von physischen Schäden oder extremen Wetterbedingungen
Kernsicherheitskontrollen, die in Smart-Grid IoT verwendet werden
Die Sicherheit von Smart Grids basiert in der Regel auf mehrschichtigen Schutzmaßnahmen, darunter:
- Geräteidentität und Authentifizierung: Stellen Sie sicher , dass nur autorisierte Geräte und Benutzer auf Systeme und Netzwerke zugreifen können.
- Verschlüsselte Kommunikation: Schützen Sie Daten während der Übertragung mithilfe von Verschlüsselungsprotokollen wie TLS und VPN-basierten Methoden.
- Sicherer Start und Firmware-Integrität: Verhindern Sie Manipulationen, indem Sie sicherstellen, dass Geräte nur vertrauenswürdige Firmware ausführen, und überprüfen Sie die Softwareintegrität beim Start.
- Remote-Patching und Lebenszyklusmanagement: Halten Sie Geräte mit Sicherheitspatches auf dem neuesten Stand und reduzieren Sie langfristige Schwachstellen in großen Bereitstellungen.
- Netzwerksegmentierung und Zugriffskontrolle: Isolieren Sie Operational-Technology-Netzwerke (OT), um die Gefährdung zu begrenzen und das Risiko lateraler Bewegungen zu verringern.
- Kontinuierliche Überwachung und Erkennung von Anomalien: Erkennen Sie frühzeitig ungewöhnliches Geräteverhalten, ungewöhnliche Verkehrsmuster oder unbefugte Zugriffsversuche.
Wie intelligente Stromnetze die Widerstandsfähigkeit verbessern
Smart Grids verbessern die Ausfallsicherheit, indem sie Echtzeit-Transparenz mit Automatisierung kombinieren und so eine schnellere Reaktion bei Störungen wie Stürmen, Geräteausfällen oder Cybervorfällen ermöglichen. Zu den wichtigsten Vorteilen in Bezug auf die Ausfallsicherheit gehören:
- Schnellere Fehlererkennung und -isolierung
- Automatische Umleitung der Stromversorgung (sofern unterstützt)
- Verbessertes Situationsbewusstsein über alle Netzanlagen hinweg
- Effizientere Einsatzplanung und Wiederherstellungsplanung
- Bessere Integration dezentraler Energiequellen (DERs) bei Versorgungsunterbrechungen
Für entfernte Smart-Grid-Anlagen bieten Lösungen wie der Digi IX30 Industrial Router eine sichere und zuverlässige Konnektivität.
Anwendungsfälle für Smart Grids: Wie Versorgungsunternehmen IoT der Praxis einsetzen
Intelligente Stromnetze ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungen in der Praxis – von einer genaueren Abrechnung bis hin zu einer schnelleren Reaktion auf Stromausfälle. Im Folgenden werden gängige Methoden vorgestellt, mit denen Versorgungsunternehmen IoT einsetzen, IoT den Netzbetrieb zu modernisieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Intelligente Messung und Transparenz des Verbrauchs
Problem: Die herkömmliche Zählerablesung erfolgt manuell oder geschätzt, und Versorgungsunternehmen haben nur begrenzte Einblicke in den Echtzeit-Verbrauchs
IoT : Intelligente Zähler senden Verbrauchsdaten automatisch über sichere Netzwerke und ermöglichen so eine genaue Messung und zeitnahe Berichterstattung
Vorteile: Fernauslesung von Zählern, verbesserte Abrechnungsgenauigkeit, schnellere Erkennung von Ausfällen und bessere Bedarfsprognosen
Typische Geräte/Konnektivität: Intelligente Zähler, AMI-Netzwerke, Digi XBee Wi-SUN
Ausfallerkennung und schnellere Wiederherstellung
Problem: Ausfälle lassen sich nur schwer schnell lokalisieren, insbesondere in weitläufigen Versorgungsgebieten
IoT : Netzsensoren und intelligente Zähler erkennen Fehlerzustände und melden Ausfälle nahezu in Echtzeit
Vorteile: Schnellere Fehlerisolierung, kürzere Ausfallzeiten, verbesserte Genauigkeit bei der Einsatzplanung und bessere Kundenkommunikation
Typische Geräte/Konnektivität: Leitungssensoren, Wiedereinschaltvorrichtungen, intelligente Zähler, Gateways/Router, Mobilfunk privater LTE-Backhaul
Verteilungsautomatisierung und selbstheilendes Netz
Problem: Manuelles Umschalten und reaktive Wartung können zu längeren Ausfallzeiten und einer geringeren Netzzuverlässigkeit führen
IoT : Vernetzte Automatisierungsgeräte reagieren auf sich ändernde Bedingungen, leiten den Strom automatisch um und isolieren Fehler
Vorteile: Weniger manuelle Eingriffe, höhere Zuverlässigkeit, bessere Spannungsregelung und weniger Kettenausfälle
Typische Geräte/Konnektivität: Wiedereinschaltvorrichtungen, Schalter, Spannungsregler, IoT , sichere Kommunikationsnetzwerke
Überwachung von Umspannwerken und Transformatoren
Problem: Transformatoren und Umspannwerke sind kostspielige Anlagen, deren Ausfall zu langen Ausfallzeiten und teuren Reparaturen führen kann
IoT : Sensoren überwachen Zustandsindikatoren der Anlagen wie Temperatur, Vibration, Belastung und Stromqualitätskennzahlen
Vorteile: Vorausschauende Wartung, weniger ungeplante Ausfallzeiten, längere Lebensdauer der Anlagen und sichererer Betrieb
Typische Geräte/Konnektivität: Zustandsüberwachungssensoren, RTUs für Umspannwerke, Industrierouter, kabelgebundener + Mobilfunk
Lastmanagement und Spitzenlastmanagement
Problem: Spitzenlasten belasten die Infrastruktur und können die Betriebskosten erhöhen
IoT : Intelligente Zähler und Versorgungssysteme unterstützen zeitbasierte Preisgestaltung und automatisierte Lastreduzierungsprogramme
Vorteile: Reduzierte Spitzenlast, weniger Ausfälle bei hoher Nachfrage, verbesserte Effizienz und vermiedene Kapitalerweiterungen
Typische Geräte/Konnektivität: Intelligente Zähler, IoT , kundenseitige Automatisierung, AMI- und Versorgungsanalysesysteme
Erneuerbare Energien und Integration dezentraler Energiequellen
Problem: Solar-, Wind-, Speicher- und EV-Ladeanlagen führen zu Schwankungen und Komplexität im Netzbetrieb
IoT : Smart Grids koordinieren dezentrale Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs) mithilfe von Echtzeitüberwachung, Prognosen und automatisierten Steuerungen
Vorteile: Bessere Nutzung erneuerbarer Energien, verbesserte Netzstabilität, weniger Einschränkungen und flexiblerer Netzbetrieb
Typische Geräte/Konnektivität: DER-Steuerungen, Wechselrichter, Überwachungssensoren, Gateways, Analyseplattformen für Versorgungsunternehmen
Intelligente Stadtbeleuchtung und effiziente Infrastruktur
Problem: Kommunale Beleuchtung und Infrastruktur können Energie verschwenden und erfordern häufige Wartungs
.
IoT : Vernetzte Straßenlaternen und Infrastruktursensoren passen die Leistung dynamisch an und melden Störungen automatisch.
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Vorteile: Geringerer Energieverbrauch, schnellere Reparaturen, mehr öffentliche Sicherheit und geringere Wartungskosten.
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Typische Geräte/Konnektivität: Intelligente Beleuchtungssteuerungen, Bewegungs-/Tageslichtsensoren, Mobilfunk LPWAN-Konnektivität, zentralisierte Verwaltungsplattformen.
Wie Smart Cities die Smart-Grid-Technologie übernehmen
Smart-City-Anwendungen sind vielfältig und reichen von intelligenter Stadtbeleuchtung, Energiemanagement und intelligentem Verkehrsmanagement bis hin zu Wasseraufbereitung und Abwassermanagement.
Sensoren in Ampeln können Informationen zur Entscheidungsfindung an eine zentrale Behörde weiterleiten. Noch besser: Mit intelligenten Verkehrssystemen können sowohl der Straßenverkehr als auch die öffentlichen Verkehrsmittel mit Hilfe von Routenplanung und Verkehrsbeleuchtung gesteuert werden, um Staus zu verbessern oder zu beseitigen.
IoT Sensoren in Straßenlaternen können auch den Ein- und Ausschaltzeitpunkt und die Helligkeit an die Echtzeitbedingungen anpassen. Plus oder minus ein paar Watt mögen nicht viel erscheinen. Wenn man jedoch bedenkt, dass es in jeder Stadt Tausende oder Zehntausende von Straßenlaternen gibt, summieren sich die Einsparungen und die Umweltauswirkungen schnell. Dieselben Sensoren können auch einen Alarm auslösen, wenn eine Leuchte gewartet werden muss. Sie müssen nicht mehr auf den Anruf eines verärgerten Kunden warten, der sich über die defekten Straßenlaternen beschwert.
Darüber hinaus können Techniker mit einer ausgeklügelten Fernverwaltungslösung das Problem aus der Ferne beheben und entscheiden, ob ein Lastwagen geschickt werden muss oder nicht. In der Vergangenheit war der Einsatz eines Lastwagens unvermeidlich - ein sehr teures Unterfangen im Vergleich zu einer schnellen Firmware-Reparatur oder einem Neustart über ein Managementsystem im Home Office.
Intelligente Zähler ermöglichen eine Nachfragesteuerung, bei der Haushalte und Unternehmen Echtzeitinformationen über die Preisgestaltung erhalten, so dass sie ihren Energieverbrauch entsprechend anpassen können. So können sie zum Beispiel die Klimaanlage ausschalten oder den Thermostat im Winter herunterdrehen. Vor allem Besitzer von Elektroautos werden von intelligenten Zählern profitieren. Dank der Echtzeitinformationen über die Preisgestaltung werden die Besitzer von Elektroautos in der Lage sein, ihre Fahrzeuge dann aufzuladen, wenn der Strom am billigsten ist, und das Aufladen nach Möglichkeit zu Zeiten der höchsten Nachfrage zu vermeiden.
Die wichtigsten Vorteile der Smart-Grid-Technologie
Während es zahlreiche Vorteile von Smart Grid gibt, zeigen die folgenden drei Beispiele, wie nützlich ein modernes Stromnetz sein kann.
1. Smart Grid ermöglicht die Erzeugung erneuerbarer Energie
Herkömmliche Stromnetze sind so konzipiert, dass sie Strom von einem großen, zentralen Kraftwerk an ein breites Netz von Haushalten und Unternehmen in der Umgebung übertragen. In diesem Stadium ist das Stromnetz nicht für die Einspeisung von Haushalten und Unternehmen ausgelegt, die Strom mit Hilfe von Sonnenkollektoren oder Windrädern erzeugen. Ein intelligentes Stromnetz ist für die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen ausgelegt.
Entscheidend ist, dass das intelligente Netz in Verbindung mit drahtlos aktivierten intelligenten Zählern verfolgen kann, wie viel Energie ein Nettopositivbetrieb erzeugt, und diese entsprechend vergütet. Das intelligente Netz ermöglicht auch die Überwachung von Solaranlagen und -geräten.
Wir haben bereits erwähnt, dass ein intelligentes Stromnetz die Auswirkungen einer Katastrophe wie eines Terroranschlags oder einer Naturkatastrophe auf ein Kraftwerk abmildern kann - eine Leistung, die durch die dezentrale Energieerzeugung möglich ist. Im traditionellen Modell versorgte eine kleine Anzahl von Kraftwerken eine Stadt. Dadurch waren diese Dienste anfällig für Bedrohungen, die zu großflächigen Stromausfällen und Energieengpässen führen würden. Bei einem dezentralen Modell können mehrere alternative Energiequellen, einschließlich Wind- und Solarenergie, die Ressourcen im Netz ersetzen, selbst wenn das zentrale Kraftwerk vom Netz genommen wird. Dieses dezentrale System ist viel schwieriger vom Netz zu nehmen und kann eine Robustheit bieten, die nicht möglich ist, wenn ein einziges Kraftwerk eine ganze Stadt mit Strom versorgt.
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2. Bessere Abrechnung, bessere Vorhersagen
Intelligente Zähler bieten zwei Vorteile. Erstens können sie über die drahtlosen IoT Geräte eine enorme Menge an Daten sammeln, zu denen die Versorgungsunternehmen bisher keinen Zugang hatten. Die Versorgungsunternehmen können diese Informationen nutzen, um bessere Prognosen darüber zu erstellen, wann der Strombedarf am höchsten ist und in welchen Gebieten er am größten ist.
Zweitens bedeutet das intelligente Netz für die Verbraucher eine effizientere Abrechnung. Früher wurden die Stromkosten während der Nachfragespitzen auf die einzelnen Gemeinden und Stadtteile umgelegt. Wenn Sie jetzt Strom verbrauchen, während die Preise hoch sind, wird Ihnen das in Rechnung gestellt. Und wenn Sie Geräte ausschalten und Strom sparen, wird Ihre Rechnung entsprechend sinken. Dies erhöht den Anreiz für jeden, Strom verantwortungsvoll zu nutzen.
3. Smart Grid ist widerstandsfähiger
Einem Bericht des US-Energieministeriums (DOE) zufolge kosten Stromausfälle die Unternehmen in den Vereinigten Staaten jedes Jahr etwa 150 Milliarden Dollar. Das ist zwar nur eine Schätzung, aber selbst wenn nur 50 Milliarden Dollar pro Jahr verloren gehen, sind diese Ausfälle ein Problem, das gelöst werden muss.
Mit der Technologie des intelligenten Stromnetzes kann die Stromversorgung automatisch umgeleitet werden, sobald ein Stromausfall auftritt, wodurch die Auswirkungen auf Haushalte und Unternehmen minimiert werden. IoT Sensoren können auch über den Zustand von Geräten berichten, so dass Reparaturen vor einem Ausfall durchgeführt werden können. Die Versorgungsunternehmen können ihre Kunden (per E-Mail oder über soziale Medien) benachrichtigen, wenn es zu einem Stromausfall kommt, anstatt reaktiv auf Kundenanrufe zu reagieren, die einen Stromausfall melden.
Das Smart Grid als Rückgrat der modernen Smart City
Nach Angaben der Solar Energy Industries Association waren 2018 in den Vereinigten Staaten genug Solarmodule installiert, um 12,3 Millionen amerikanische Haushalte. Seit 2013, Solarenergie war schon immer entweder die erste oder die zweithäufigste hinzugefügte Energiequelle in den USA, gemessen an der gesamten Erzeugungskapazität. Die Städte werden sich zunehmend bewusst, wie wichtig es ist, Strom aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen, und die Unterstützung all dieser aus erneuerbaren Methoden erzeugten Energie erfordert das intelligente Stromnetz. Ein modernes Stromnetz wird auch umso wichtiger werden, je mehr Haushalte sich ein Elektroauto anschaffen, das aufgeladen werden muss.
Smart Grid für die Zukunft
Die Technologie des intelligenten Stromnetzes lässt sich in einem einzigen Satz zusammenfassen: ein neues Stromnetz mit bidirektionaler Kommunikation. Zum ersten Mal können Unternehmen und Verbraucher Rechnungsinformationen in Echtzeit erhalten, während die Versorgungsunternehmen besser auf die Bedürfnisse ihrer Kunden eingehen können, indem sie auf Nachfragespitzen reagieren und Stromausfälle und andere Probleme beheben oder bewältigen. Ein intelligentes Stromnetz ist widerstandsfähig, effizient und umweltfreundlich, was dem Verbraucher, dem Versorgungsunternehmen und der Umwelt zugute kommt. Die drahtlose Technologie wird Tausende von Kilometern an Kabeln ersetzen, die nötig gewesen wären, um das Smart Grid auf den heutigen Stand zu bringen.
Digi kann Ihre Smart City bei der Einführung von Smart-Grid-Technologien unterstützen. Wir verfügen über eine breite Palette an sicheren, robusten Lösungen mit branchenführender Hardware, Software und Fernüberwachungs- und -verwaltungsfunktionen, die den unternehmenskritischen Anforderungen von Versorgungsunternehmen gerecht werden:
Darüber hinaus bietet unser Professional Services Team technischen Support für Unternehmen, die Unterstützung bei der Planung und Implementierung von IoT benötigen, und Digi Wireless Design Services hilft OEMs, die technischen Support für Produktdesign und Zertifizierung benötigen.
IoT zu Smart Grid und IoT
Was ist ein Smart Grid?
Ein Smart Grid ist ein modernisiertes Stromnetz, das digitale Kommunikation, Sensoren und Automatisierung nutzt, um die Stromversorgung und -nachfrage nahezu in Echtzeit zu überwachen, vorherzusagen und zu steuern. Smart Grids verbessern im Vergleich zu herkömmlichen Einweg-Stromnetzen die Zuverlässigkeit, Effizienz, Ausfallsicherheit und Integration erneuerbarer Energien.
Wie IoT das Smart Grid?
IoT das Smart Grid, indem es Geräte wie intelligente Zähler, Sensoren und Geräte zur Automatisierung der Verteilung mit Kommunikationsnetzwerken verbindet. Diese vernetzten Geräte erfassen und übertragen kontinuierlich Betriebsdaten, sodass Versorgungsunternehmen Probleme schneller erkennen, die Reaktion des Netzes automatisieren, den Lastausgleich optimieren und Demand-Response-Programme unterstützen können .
Was ist der Unterschied zwischen einem herkömmlichen Stromnetz und einem intelligenten Stromnetz?
Ein herkömmliches Stromnetz liefert Strom in erster Linie in einer Richtung, wobei die Überwachung begrenzt ist und auf Ausfälle oder Gerätefehler manuell reagiert werden muss. Ein intelligentes Stromnetz unterstützt die bidirektionale Kommunikation, bietet Echtzeit-Einblick in den Zustand des Netzes und ermöglicht automatisierten Steuerungssystemen eine verbesserte Reaktion auf Ausfälle, eine höhere Systemeffizienz und eine bessere Integration dezentraler Energiequellen.
Wie funktionieren intelligente Stromzähler?
Intelligente Zähler messen den Stromverbrauch digital und senden die Verbrauchsdaten über ein Kommunikationsnetzwerk (wie Mobilfunk, RF-Mesh oder Wi-SUN) an den Energieversorger. Im Gegensatz zu analogen Zählern unterstützen intelligente Zähler die Fernablesung, erkennen automatisch Ausfälle, ermöglichen eine zeitabhängige Preisgestaltung und helfen den Energieversorgern, die Nachfrage effizienter zu steuern.
Was ist eine Advanced Metering Infrastructure (AMI)?
Advanced Metering Infrastructure (AMI) ist das System, das intelligente Zähler mit dem Betrieb von Versorgungsunternehmen verbindet. AMI umfasst in der Regel die Zählerhardware, das Kommunikationsnetzwerk und Softwareplattformen, die Zählerdaten erfassen und analysieren. AMI unterstützt Funktionen wie Fernabrechnung, Ausfallerkennung, Lastmanagement und Lastprognosen.
Was ist Lastmanagement und wie funktioniert es?
Die Laststeuerung ist eine Strategie, mit der Versorgungsunternehmen den Strombedarf in Spitzenzeiten senken. Dabei werden Signale – wie zeitbasierte Preise oder automatisierte Laststeuerung –gesendet, um Kunden zu einem geringeren Energieverbrauch anzuregen. IoT Smart Grids machen die Laststeuerung effektiver, indem sie Echtzeit-Einblick in den Verbrauch bieten und eine automatisierte Teilnahme ermöglichen.
Was sind dezentrale Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs) und warum sind sie wichtig?
Dezentrale Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs) sind Energiequellen, die sich in der Nähe des Verbrauchsortes befinden, wie beispielsweise Solaranlagen, Windkraftanlagen, Batteriespeicher und Elektrofahrzeuge. DERs sind wichtig, da sie die Belastung des Stromnetzes reduzieren und dessen Ausfallsicherheit erhöhen können, aber sie erhöhen auch die Komplexität. Intelligente Stromnetze nutzen IoT und Automatisierung, um DERs sicher und effizient zu integrieren.
Welche drahtlosen Technologien werden in intelligenten Stromnetzen verwendet?
Die Kommunikation in intelligenten Stromnetzen erfolgt häufig unter Verwendung einer Kombination verschiedener Technologien, je nach Anforderungen hinsichtlich Abdeckung, Kosten und Zuverlässigkeit. Zu den gängigen Optionen zählen Mobilfunk LTE/5G), RF-Mesh-Netzwerke, Wi-SUN und privates LTE. Versorgungsunternehmen können diese mit Glasfaser- oder Ethernet-Backhaul kombinieren, um die Netzüberwachung, AMI und die Automatisierung der Verteilung zu unterstützen.
Wie IoT die Netzzuverlässigkeit und die Reaktion auf Ausfälle?
IoT die Zuverlässigkeit durch Echtzeitüberwachung der Netzanlagen und automatisierte Fehlererkennung. Sensoren können Störungen schnell erkennen, während vernetzte Systeme den Strom umleiten, Einsatzkräfte effizient entsenden und den Betrieb schneller wiederherstellen können. Intelligente Zähler können Ausfälle ebenfalls sofort erkennen und verbessern so die Fähigkeit des Versorgungsunternehmens, präzise zu reagieren.
Was sind die Hauptvorteile eines Smart Grids?
Zu den wichtigsten Vorteilen von Smart Grids gehören:
- Verbesserte Zuverlässigkeit durch schnellere Fehlererkennung und Wiederherstellung nach Ausfällen
- Erhöhte Effizienz durch Optimierung der Verteilung und Reduzierung von Verlusten
- Geringere Betriebskosten durch Automatisierung und Fernüberwachung
- Bessere Integration erneuerbarer Energien durch Management variabler Energieversorgung
- Verbessertes Kundenerlebnis durch genaue Nutzungsdaten und flexible Preisgestaltung
Was sind die größten Sicherheitsbedenken für IoT intelligenten Stromnetzen?
Zu den IoT in intelligenten Stromnetzen zählen die Authentifizierung von Geräten, die sichere Datenübertragung und der Schutz vor unbefugtem Zugriff. Versorgungsunternehmen setzen in der Regel auf Verschlüsselung, sicheres Booten, Remote-Patching, Netzwerksegmentierung und zentralisierte Geräteverwaltung, um Risiken zu reduzieren und die Ausfallsicherheit des Netzes zu gewährleisten.
Warum ist die Smart-Grid-Technologie für erneuerbare Energien wichtig?
Erneuerbare Energien wie Solar- und Windenergie sind variabel, d. h. die Versorgung schwankt je nach Wetter und Tageszeit. Intelligente Stromnetze helfen dabei, diese Schwankungen auszugleichen, indem sie mithilfe von IoT , Automatisierung und Analysen den Energiefluss koordinieren, Speicher integrieren und dezentrale Energiequellen unterstützen – wodurch erneuerbare Energien zuverlässiger und skalierbarer werden.
Nächste Schritte
Dieser Blogbeitrag wurde ursprünglich im April 2020 veröffentlicht und im November 2023 sowie erneut im Februar 2026 überarbeitet.