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.
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.
Sollte es doch zu einem Stromausfall kommen, können die Geräte von IoT , die Mobilfunk und RF-Technologie nutzen und 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, Servicemitarbeiter mit einem Lastwagen zu schicken. 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 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 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, 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.
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Nächste Schritte
Dieser Blogbeitrag wurde ursprünglich im April 2020 veröffentlicht und im November 2023 überarbeitet.