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Was ist das Smart Grid und wie wird es durch IoT ermöglicht?

Das "Grid" ist das elektrische Netz, das alle Einwohner, Unternehmen und Infrastrukturdienste einer Stadt versorgt. Das "intelligente Netz" ist die nächste Generation dieser Energiesysteme, die mit Kommunikationstechnologie und Konnektivität aktualisiert wurden, um eine intelligentere Ressourcennutzung zu ermöglichen.

Zu den Technologien, die das heutige IoT-fähige 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 erlaubt, Strom und Kosten zu sparen, und den Energiebehörden ermöglicht, die Stromversorgung nach einem Stromausfall schneller wiederherzustellen.

Der wachsende Trend geht heute dahin, dass Kommunen aus einer Reihe von Gründen auf Smart-Grid-Technologien umsteigen. Dazu gehören die Notwendigkeit, die Energienutzung zu verbessern, ihren Bürgern einen besseren Kundenservice zu bieten, sich auf Katastrophen vorzubereiten und veraltete Technologie, deren Wartung teuer ist, aufzurüsten. Außerdem haben Fortschritte in der Technologie die drahtlose Kommunikation, sowohl Mobilfunk als auch RF (Radiofrequenz), erschwinglich und einfach in Smart-Grid-Anwendungen einsetzbar gemacht.

Nach Scientific American gibt es in den Vereinigten Staaten 200.000 Meilen Hochspannungsleitungen, die zusammen mehr als eine Million Megawatt Strom transportieren. Das Problem für die USA ist, dass ein Großteil dieser Infrastruktur im zwanzigsten Jahrhundert in einem Multi-Milliarden-Dollar-Projekt gebaut wurde, das größtenteils vor der Erfindung des Internets konzipiert und ausgeführt wurde, und sicherlich bevor die Mobilfunk (und RF-Technologien) Technologie als brauchbarer Ersatz für teure Kabel aufkam.
 

Smart Grid in Aktion


Die Unternehmen, Dienstleistungen und Privatpersonen, die Strom aus dem Netz benötigen und daher davon profitieren, wenn Kommunen Smart-Grid-Technologien einführen, umfassen jeden Einwohner, jede städtische Dienstleistung und jede kritische Infrastrukturinstallation. Wir werden zwar nicht jeden Anwendungsfall behandeln, aber einige Schlüsselbeispiele können helfen, die Auswirkungen der Umstellung auf das intelligente Stromnetz zu verdeutlichen.

Smart Grid ermöglicht es einem Energieversorgungsunternehmen, den Zustand des Systems wesentlich detaillierter zu beurteilen, als dies bisher möglich war. Mit intelligenten Zählern kann der Energieversorger zum Beispiel den Strombedarf in Echtzeit mit einer Granularität und Genauigkeit ermitteln, die mit älterer Technologie einfach nicht möglich ist. Dadurch können sie plötzliche Nachfragesteigerungen besser vorhersagen und darauf reagieren, was helfen kann, Stromausfälle zu verhindern.

Im Falle eines Stromausfalls können IoT-Geräte mit Mobilfunk und RF-Technologie, die in Transformatoren und Umspannwerken installiert sind, den Strom automatisch umleiten. Das kann eine schnellere und einfachere Behebung ermöglichen, als jedes Mal, wenn der Strom ausfällt, Servicepersonal mit einem LKW loszuschicken. Wie auf SmartGrid.gov:

"Ein intelligenteres Netz wird unser Stromsystem widerstandsfähiger machen und es besser auf Notfälle wie schwere Stürme, Erdbeben, große Sonneneruptionen und Terroranschläge vorbereiten. Aufgrund seiner wechselseitigen Interaktionsfähigkeit wird das Smart Grid eine automatische Umleitung ermöglichen, wenn Geräte ausfallen oder Ausfälle auftreten."

Die Idee, dass ein intelligentes Stromnetz die Auswirkungen eines Terroranschlags abmildern kann, ist interessant und ein Thema, das wir in einem späteren Abschnitt behandeln werden. Für den Moment wäre es aufschlussreich, sich anzusehen, wie das Smart Grid einer Stadt nützen kann. 
 

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 Verkehrsampeln können Informationen zur Entscheidungsfindung an eine zentrale Behörde zurücksenden. Noch besser: Mit intelligenten Verkehrssystemen können sowohl der Oberflächenverkehr als auch die öffentlichen Verkehrsmittel mit Streckenführung und Verkehrsbeleuchtung gesteuert werden, um Staus zu verbessern oder zu beseitigen.

IoT-Sensoren in Straßenlaternen können auch den Aus- und Einschaltzeitpunkt und die Helligkeit entsprechend den Echtzeitbedingungen anpassen. Ein paar Watt mehr oder weniger klingen vielleicht nicht nach viel. Wenn man jedoch die Tausenden oder Zehntausenden von Straßenlaternen in einer Stadt betrachtet, summieren sich die Einsparungen und die Auswirkungen auf die Umwelt schnell. Dieselben Sensoren können auch einen Alarm ausgeben, wenn eine Leuchte gewartet werden muss. Sie müssen nicht mehr auf den Anruf eines verärgerten Kunden warten, der sich über defekte Straßenlaternen beschwert.

Zusätzlich, mit einer ausgeklügelten Remote-Management-Lösungkönnen Techniker das Problem aus der Ferne beheben und entscheiden, ob ein LKW geschickt werden muss oder nicht. In der Vergangenheit war der Einsatz eines LKWs unvermeidlich - eine sehr teure Angelegenheit im Vergleich zu einer schnellen Firmware-Reparatur oder einem Neustart über ein Managementsystem im Home Office.

Intelligente Zähler ermöglichen Nachfragereaktion die es Haus- und Geschäftsbesitzern ermöglicht, Preisinformationen in Echtzeit zu sehen, sodass sie ihren Energieverbrauch entsprechend anpassen können. Zum Beispiel das Ausschalten der Klimaanlage oder das Herunterdrehen des Thermostats im Winter. Vor allem Besitzer von Elektroautos werden von intelligenten Zählern profitieren. Mit Echtzeit-Preisinformationen können sie ihr Auto dann aufladen, wenn der Strom am günstigsten ist, und das Aufladen während der Nachfragespitzen vermeiden, wenn möglich.  
 

Die drei wichtigsten Vorteile von Smart Grid


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, zentralisierten Kraftwerk an ein breites Netz von Haushalten und Unternehmen in der Umgebung übertragen. In diesem Stadium ist das Stromnetz ist nicht entwickelt, um Eingaben von Haushalten und Unternehmen zu akzeptieren, die Strom über Solarzellen oder Windräder erzeugen. Ein intelligentes Netz ist ausgelegt für die Aufnahme von Strom aus erneuerbaren Ressourcen.

Entscheidend ist, dass das intelligente Stromnetz in Verbindung mit drahtlos aktivierten intelligenten Zählern nachverfolgen kann, wie viel Energie eine netto-positive Einrichtung erzeugt und sie entsprechend vergütet. Das intelligente Stromnetz ermöglicht auch die Überwachung von Solarmodulen und Geräten.

Wir haben bereits erwähnt, dass ein intelligentes Stromnetz die Auswirkungen einer Katastrophe, wie z. B. eines Terroranschlags oder einer Naturkatastrophe auf ein Kraftwerk, abmildern kann - ein Kunststück, das aufgrund der dezentralen Energieerzeugung möglich ist. Im traditionellen Modell versorgte eine kleine Anzahl von Kraftwerken eine Stadt. Dies machte diese Dienste anfällig für Bedrohungen, die zu weitreichenden Stromausfällen und Energieknappheit führen würden. Bei einem dezentralen Modell können, selbst wenn das zentrale Kraftwerk vom Netz genommen wird, mehrere alternative Quellen, einschließlich Wind- und Solarenergie, die Ressourcen im Netz verdrängen. 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.
 

2. Bessere Abrechnung, bessere Vorhersagen

Intelligente Zähler bieten zwei Vorteile. Erstens können sie über drahtlose IoT-Geräte eine enorme Menge an Daten sammeln, auf die Versorgungsunternehmen bisher keinen Zugriff hatten. Versorgungsunternehmen können diese Informationen nutzen, um besser vorherzusagen, wann die Stromnachfrage hoch sein wird und aus welchen Gebieten die Nachfrage am höchsten sein wird.

Zweitens bedeutet das intelligente Netz für die Verbraucher eine effizientere Abrechnung. Bisher wurden die Kosten für Strom in Spitzenzeiten auf die Gemeinden und Nachbarschaften 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. Das erhöht den Anreiz für jeden, Strom verantwortungsvoll zu nutzen.
 

3. Smart Grid ist widerstandsfähiger

A US DOE (Department of Energy) Bericht geht davon aus, dass Stromausfälle in den Vereinigten Staaten die Unternehmen jedes Jahr etwa 150 Milliarden Dollar kosten. Das ist zwar nur eine Schätzung, aber selbst wenn nur 50 Mrd. $ pro Jahr verloren gehen, sind diese Ausfälle ein Problem, das gelöst werden muss.

Mit der Smart-Grid-Technologie 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, sodass Reparaturen vor dem Ausfall durchgeführt werden können. Versorgungsunternehmen können ihre Kunden (per E-Mail/Social Media) benachrichtigen, wenn es einen Stromausfall gibt, anstatt reaktiv auf Kundenanrufe zu reagieren, die Ausfälle 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 Smart-Grid-Technologie lässt sich in einem einzigen Satz ausdrücken: ein neues Stromnetz mit Zwei-Wege-Kommunikation. Zum ersten Mal können Unternehmen und Verbraucher Rechnungsinformationen in Echtzeit erhalten, während Versorgungsunternehmen besser auf die Bedürfnisse ihrer Kunden eingehen können, indem sie auf Nachfragespitzen reagieren und Stromausfälle und andere Herausforderungen beheben oder bewältigen. Das intelligente Stromnetz ist belastbar, effizient und grün was gut für den Verbraucher, das Versorgungsunternehmen und die Umwelt ist. Die drahtlose Technologie wird Tausende von Kilometern an Kabeln ersetzen, die nötig gewesen wären, um das intelligente Stromnetz auf den heutigen Stand zu bringen.

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