Optimierung der Energieerzeugung mit den neuesten Smart-Grid-Technologien

Neue Technologien verändern die Art und Weise, wie wir Energie erzeugen, verteilen und verbrauchen. Die Smart-Grid-Technologie – ein integraler Bestandteil der digitalen Transformation des Energiesektors – verspricht, das traditionelle Stromnetz durch den Einsatz digitaler Intelligenz zu modernisieren und Energieversorgern den Übergang zu sauberer Energie sowie die Reduzierung von Kohlenstoffemissionen zu erleichtern.

Allein die USA haben fast 10.000 Stromerzeugungsanlagen installiert, die durch mehr als 480.000 Kilometer Übertragungsleitungen miteinander verbunden sind und in der Lage sind, über eine Million Megawatt Energie zu erzeugen. Der Import von Technologien geht jedoch über die Dienstprogramme hinaus. Außerdem ermöglichen intelligente Netze den Verbrauchern die Kontrolle über ihren Energieverbrauch.

In der Vergangenheit war das Stromnetz eine Einbahnstraße. Energieerzeugungsstationen erzeugen Strom und verteilen ihn dann an Verbraucher. Das System ist weitgehend passiv und liefert kaum Echtzeitinformationen über Nutzung und Nachfrage.

Intelligente Stromnetze stellen dieses Modell auf den Kopf. Ein intelligentes Netz ist ein digitales Stromnetz, das Verbraucher über interaktive wechselseitige Kommunikation mit Strom versorgt. Das ermöglicht eine automatisierte, fortschrittliche Energieversorgung sowie eine Vielzahl von Möglichkeiten für Verbraucher, ihren Stromverbrauch und ihre Kosten zu kontrollieren.

Intelligente Netze beruhen auf mehreren integralen Komponenten, die jeweils eine Rolle bei der Gewährleistung eines reibungslosen Betriebs spielen:

• Intelligente Zähler: Intelligente Zähler messen den Energieverbrauch in Echtzeit beim Verbraucher und liefern sowohl dem Verbraucher als auch dem Energieversorger detaillierte Informationen über die Verbrauchsmuster.
• Sensoren und Automatisierungsgeräte: Diese werden im gesamten Netz installiert, um Spannung, Strom und Lastkapazität (neben anderen Metriken) zu überwachen. Sie können Parameter automatisch anpassen, um Überlastungen und längere, groß angelegte Blackouts zu verhindern.
• Kommunikationsnetzwerke: Kommunikationsnetzwerke sind das Rückgrat eines jeden intelligenten Stromnetzes und erleichtern die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Komponenten, darunter Sensoren, automatisierte Geräte und Kontrollzentren. Übertragungssysteme können verkabelt oder drahtlos sein und eine Reihe von Protokollen und Kommunikationstechnologien nutzen (z. B. Wi-Fi, Z-Wave, Zigbee und 4G/5G).
• Software und Analysen: Intelligente Netze erzeugen riesige Datenmengen. Um diese Daten zu verwalten, zu analysieren und zu interpretieren, verlassen sich die Dienstprogramme auf fortschrittliche Software und Analyse. Mithilfe dieser Software und der von ihr gelieferten Erkenntnisse können Anbieter Nachfragemuster vorhersagen, potenzielle Probleme identifizieren und das Vertriebsnetz optimieren.

Fortschrittliche Energiemanagementsysteme wie smarte Netze können eine Reihe von Technologien nutzen, um Verbrauchern und Dienstprogramm dabei zu helfen, den Energieverbrauch zu verfolgen.

Eine dieser Technologien ist die erweiterte Zählerinfrastruktur (Advanced Metering Infrastructure, AMI). AMI misst, erfasst und analysiert den Energieverbrauch von intelligenten Stromzählern, Gaszählern und/oder Wasserzählern nach einer geplanten, vordefinierten Basis. Die Daten werden dann zur Überwachung und Abrechnung an Verbraucher und Energieunternehmen gesendet. Dadurch erhalten alle Parteien einen klaren Überblick über die Verbrauchsmuster und können einen effizienteren Energieverbrauch ermöglichen.

Demand Response Management (DRM) ist eine weitere Art von Smart-Grid-Technologie. Erleichtert durch Echtzeit-Preisgestaltung – wobei die Strompreise in Zeiten hoher Nachfrage steigen – priorisiert DRM die Steuerung der Nachfrageseite und animiert Verbraucher dazu, ihren Energieverbrauch während Spitzenlastzeiten zu reduzieren.

Phasor Measurement Units (PMUs) überwachen die elektrischen Wellen im Stromnetz und verwenden eine gemeinsame Zeitquelle für die Synchronisation. Die Zeitsynchronisierung ermöglicht es Dienstprogrammen, Messungen an mehreren Stellen innerhalb des Verteilungssystems vorzunehmen und sie zu kombinieren, um ein vollständiges Bild des Systemzustands zu erhalten.

Energieversorger können auch Vehicle-to-Grid-Technologien (V2G) nutzen– auch bekannt als Vehicle-to-Grid-Integration (VGI). Batterien von Elektrofahrzeugen sind besonders effiziente Energiespeichersysteme. V2G-Systeme profitieren von dieser Effizienz, indem sie ungenutzte Energie vom Fahrzeug zurück in das intelligente Netz leiten und so Verbrauchsspitzen ausgleichen und die Netzüberlastung zu Spitzenzeiten verringern.

Die Smart Grid Technologie bietet zahlreiche Nutzen, darunter eine höhere Effizienz und Zuverlässigkeit der Netze sowie eine einfache Integration erneuerbarer Energiequellen. Um jedoch die Vorteile eines intelligenten Netzes wirklich zu maximieren, müssen Energieversorgungsunternehmen auch effektive Strategien umsetzen. Um das Beste aus Ihrem Smart-Grid-System herauszuholen, sollten Sie Folgendes tun:

Verlassen Sie sich auf erweiterte Analysen

Mithilfe fortschrittlicher Analysen können Energieangebot und -nachfrage effektiver vorhergesagt und gesteuert werden. Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) Technologie können große Datenmengen analysieren, um Erkenntnisse über Energieverbrauchsmuster, Spitzenbedarfszeiten und Netzleistung zu gewinnen.

Versorgungsunternehmen können diese Erkenntnisse nutzen, um den Netzbetrieb zu optimieren, die Genauigkeit der Lastprognose zu verbessern, die Energieeffizienz zu steigern und Möglichkeiten für die Modernisierung der Infrastruktur zu identifizieren. Darüber hinaus können KI-Algorithmen eine intelligente Entscheidungsfindung und Automatisierung ermöglichen, die ein optimales Netzmanagement ermöglicht und die Betriebskosten senkt.

Überwachen Sie Netzdaten in Echtzeit und führen Sie eine vorausschauende Wartung durch

Mithilfe von Sensoren, Datenanalyse und ML-Algorithmen können Dienstprogramme Komponenten (z. B. Transformatoren, Umspannwerke und Stromleitungen) in Echtzeit überwachen. Und die Netzüberwachung in Echtzeit ist für die Optimierung der intelligenten Netztechnologie unerlässlich.

Es ermöglicht Ihnen, Fehler, potenzielle Ausfälle und Probleme mit der Netzqualität sofort zu erkennen und zu beheben. Sie unterstützt Sie auch bei der Implementierung eines Programms zur vorausschauenden Wartung (PdM), das Wartungsaktivitäten proaktiv plant, um Ausfallzeiten zu reduzieren und die allgemeine Netzzuverlässigkeit zu verbessern.

Darüber hinaus können datengestützte Erkenntnisse aus der Netzüberwachung genutzt werden, um Strategien zu optimieren, Bereiche mit hohen Energieverlusten zu identifizieren und Systemineffizienzen zu reduzieren. Sie helfen Ihnen auch, schnell auf Änderungen der Stromnachfrage zu reagieren und eine gleichbleibend stabile Versorgung zu gewährleisten.

Integration dezentraler Energieressourcen (Distributed Energy Resources, DERs)

Die Integration von DERs – einschließlich erneuerbarer Energiequellen wie Photovoltaikanlagen (d. h. Solarmodule), Windkraftanlagen und Speicher – in das Stromnetz kann das System nachhaltiger und widerstandsfähiger machen. Diese dezentralen Erzeugungssysteme können überschüssigen Strom zurück ins Netz speisen und die Abhängigkeit von traditionellen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Kraftwerken verringern.

Versorgungsunternehmen können auch Techniken wie intelligente Netzoptimierungsalgorithmen einsetzen, um die Fluktuationen erneuerbarer Energiequellen auszugleichen und die Netzstabilität zu gewährleisten. Darüber hinaus fördert die Nutzung von DERs die lokale Energieerzeugung und reduziert Übertragungsverluste, was die allgemeine Widerstandsfähigkeit des Netzes erhöht.

Implementieren Sie Maßnahmen für Cybersicherheit und Datenschutz

Da intelligente Stromnetze stark auf vernetzten Systemen und Datenaustausch beruhen, sind sie anfällig für Cyberangriffe. Die Umsetzung umfassender Cybersicherheit und Datenschutzmaßnahmen wird die Integrität und Topologie des Netzes schützen und einen kontinuierlichen Betrieb sicherstellen.

Optimierungsstrategien sollten leistungsfähige Verschlüsselungsprotokolle, Netzwerksegmentierung, Warnsysteme gegen Angriffe von außen und regelmäßige Sicherheitsaudits umfassen.

Darüber hinaus ist die Wahrung der Privatsphäre der Verbraucherdaten bei der Erfassung und Nutzung sensibler Informationen wie Konsummuster und personenbezogener Daten von entscheidender Bedeutung. Wenn Sie Cybersicherheit und Datenschutz zur Priorität machen, können Sie das Vertrauen Ihrer Verbraucher erhalten und eine breitere Einführung von intelligenten Netztechnologien fördern.

Maximieren Sie die Netzstabilität durch Mikronetze.

In einer Zeit, in der klimabedingte Katastrophen und Notfälle zunehmen, ist die Verbesserung des Smart Grids für maximale Widerstandsfähigkeit von größter Bedeutung. Der Einsatz von Inselnetzen – autarken Systemen, die in der Lage sind, Strom unabhängig zu erzeugen und zu verteilen – kann einen erheblichen Vorteil bieten.

Inselnetze können nahtlos in die Hauptnetzinfrastruktur integriert werden und bei Stromausfällen autonom arbeiten, so dass Gemeinden und kritische Einrichtungen Zugang zu Strom haben. Die Koordinierung von Inselnetzen und dem Hauptnetz erleichtert den Lastausgleich und die Ressourcennutzung und minimiert Störungen.

Nutzen Sie Energiespeichersysteme für mehr Netzflexibilität

Grid-Energiespeicher beinhaltet das Speichern von überschüssigem Strom für die spätere Nutzung mithilfe von Batterien, Schwungrädern, Superkondensatoren und Pumpspeichern.

Technologien der Speicherung ermöglichen die effiziente Abfrage und Speicherung von überschüssigem Strom, der in Schwachlastzeiten aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird. Das Bereitstellen von Energiespeichersystemen im gesamten Netz kann den Dienstprogramm helfen, Angebot und Nachfrage auszugleichen, Schwankungen abzumildern und eine stabile und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.

Darüber hinaus verbessert die Energiespeicherung die Flexibilität des Netzes, indem sie es Energieversorgungsunternehmen ermöglicht, Strom in nachfragearmen Zeiten zu speichern und ihn zu Spitzenzeiten freizugeben, wodurch die Belastung des Netzes verringert und der Bedarf an zusätzlicher Stromerzeugung minimiert wird.

Installation von Netzautomatisierungs- und Steuerungssystemen

Intelligente Verteilungsmanagementsysteme, die intelligente Komponenten automatisieren, können Leistungsflüsse überwachen und steuern, Lasten ausgleichen und Verluste minimieren. Und automatisierte Umschaltung und automatische Fehlerbehebungstechnologien ermöglichen eine schnelle Fehlererkennung und -isolierung, wodurch die Ausfalldauer verkürzt wird.

Wir können nur erwarten, dass die rasante Entwicklung der Energiesysteme fortzufahren – und sich vielleicht sogar beschleunigen wird –, hin zu einem „Internet der Energie“, in dem intelligente Geräte (wie Automatisierungssysteme) mit dem intelligenten Netz kommunizieren, um den Energieverbrauch auf einer noch detaillierteren Ebene zu optimieren .

Die IBM Maximo Application Suite kann Ihrem Unternehmen helfen, dieses Ziel zu erreichen. Es handelt sich um eine integrierte Plattform, die Service-Anbietern dabei hilft, die Leistung zu optimieren, den täglichen Dienstprogramm-Betrieb zu rationalisieren und den Übergang zu intelligenten Netzen zu vereinfachen. Über eine integrierte, KI-gestützte, cloudbasierte Plattform bietet Maximo CMMS-, EAM- und APM-Funktionen, die erweiterte Analysen ermöglichen und Dienstprogramme dabei helfen, intelligentere, datengestützte Entscheidungen zu treffen.

Die Technologie intelligenter Netze verändert die Art und Weise, wie wir im 21. Jahrhundert mit den Stromversorgungssystemen und dem Strommarkt interagieren, grundlegend. Sie befähigt uns, unseren Energieverbrauch bewusster zu gestalten und intelligentere Entscheidungen zu treffen, damit wir eine nachhaltigere Energiezukunft aufbauen können. Und mit dem richtigen Ansatz können wir alle Teil dieser Revolution sein.