Smart Grids – vom Verbraucher zum Energie-Erzeuger

Datenerfassung und Kommunikation – Sicherheit für die Stromversorgung

Vom Verbraucher zum Energie-Erzeuger

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Die Energiewende soll den Weg in eine umweltgerechte Zukunft ebnen. Ziel ist es, die Energieversorgung zu modernisieren und von nuklearen und fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien zu entwickeln. Bis 2025 sollen 40 bis 45 % und bis 2050 mindestens 80 % der Energie aus regenerativen Quellen kommen. Ziel ist außerdem, Energie effizienter zu nutzen. Fest steht, dass sich mit der Energiewende auch die Rolle von Energie-Erzeuger und -Verbraucher ändern wird. Smart Grids führen dazu, dass Verbraucher gleichzeitig auch zu Energieerzeugern werden.

Die Fragen stellte Andreas Gees, stv. Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Der mit der Energiewende einhergehende Wechsel zu Smart-Grids führt dazu, dass Verbraucher gleichzeitig auch zu Energieerzeugern werden. Welche Anforderungen ergeben sich daraus hinsichtlich der Energieverteilung in produzierenden Unternehmen – sowohl Hard-als auch softwareseitig?

Steffen Breiter (Socomec): Architekturen und Prozesse in der Stromversorgung erfordern eine stabile, zunehmend aber auch effiziente Netzversorgung. Die Veränderung in den Stromerzeugungsstrukturen stellt für die Netzstabilisierung eine enorme Herausforderung dar. Die Zunahme von dezentralen Netzeinspeisungen mit wechselnden Einspeiseleistungen hat die Thematik der sicheren Stromversorgung verschärft. Zudem gehen damit steigende Energiekosten einher. Um Energieeffizienz und Energiewende mit IoT und Industrie 4.0 unter einen Hut zu bringen, sind neue Netzstrukturen erforderlich. Dafür müssen neue Konzepte entwickelt werden. Für die hardware- und softwareseitige Umsetzung müssen die produzierenden Unternehmen eigenen Konzepte der Versorgungssicherheit, Energieerzeugung und Speicherung realisieren.

Ralph Griewing (Landis+Gyr): Smart Grids sind Treiber und Konsequenz der Energiewende zugleich, weil nur sie die dezentrale Einspeisung im großen Maßstab ermöglichen und zugleich die Basis für entsprechende Anreizsysteme und Vergütungsmodelle bilden. Dadurch hat dieser Wandel eine enorme Eigendynamik entwickelt. In dessen Zentrum steht die zeitnahe Generierung und Auswertung von Informationen zu Energieerzeugung und -verbrauch, Lastgang usw. Aus solchen Informationen lassen sich Optimierungspotenziale und beispielsweise Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz ableiten. Für die Erfassung dieser Daten werden intelligente Messsysteme aus Zählern und Kommunikationsmodulen benötigt, deren schrittweise Einführung im Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende geregelt ist.

Andreas Kühn (Jean Müller): Produzierende Unternehmen werden künftig stärker am Ausgleich der volatilen Einspeisung teilnehmen. Es gibt in vielen Unternehmen Möglichkeiten Energie zu speichern und entsprechend wirtschaftlichen Aspekten auch wieder abzurufen. Das Thema Sektorenkopplung wird einen deutlich größeren Stellenwert erhalten.

elektro AUTOMATION: Wie lässt sich ein solches Prosumer-System umsetzen, welche Lösungsansätze sehen Sie?

Breiter: Ein Ansatz ist die Planung der Stromversorgung mit einem Smart Grid zur intelligenten Nutzung von regenerativen Energien zur Eigenversorgung mit der Energiespeicherung über Batteriesysteme oder kinetische Speicher. Damit sich alle Komponenten der Niederspannung einfach zusammenführen lassen, empfiehlt sich ein Gleichspannungsnetz im eigenen Niederspannungs- oder Mittelspannungs-Versorgungssystem. Ein zentraler Gleichrichter stellt die Basisversorgung über das öffentliche Netz sicher. Stehen regenerative Energien zur Verfügung, kann die Versorgung über das EVU reduziert werden, Störungen und Unterbrechungen werden über die Speicher eliminiert. So lassen sich ebenfalls Hochlastphasen, Lastspitzen oder Hochpreisphasen kompensieren. Industrielle Verbraucher wie große Lüfter und Motoren können Energie in bestimmten Prozesszuständen zurück in das eigene Netz liefern und den Energiehaushalt des Produktionsbetriebes unterstützen.

Griewing: Die Netze der Zukunft leben von der Interaktion aller Akteure auf beiden Seiten des Zählers. Industriebetriebe können Spitzen- oder Schwachlasten abfedern und so beispielsweise besonders hohe oder niedrige Einspeisungen puffern. Grundlage ist auch hier eine intelligente Mess- und bidirektionale Kommunikationstechnik, um Erzeugung und Verbrauch ins Gleichgewicht zu bringen. Die technologischen Voraussetzungen sind vorhanden, nun kommt es darauf an, die Rollen neu zu definieren und entsprechende Anreize zu schaffen.

Kühn: Erfolgsfaktor wird die wirtschaftliche Rentabilität sein. Hierzu müssen die entsprechenden Rahmenbedingungen geschaffen werden. Die technischen Lösungen ergeben sich dann von selbst, sei es nun die thermische Speicherung, Batteriespeicher, Druckluftspeicher oder rotierende Massen.

elektro AUTOMATION: Eine dezentrale Energieerzeugung hat durchaus Einfluss auf die Versorgungssicherheit. Mit welchen Ideen und Konzepten könnte die Versorgungssicherheit sichergestellt werden?

Breiter: Eine dezentrale Energieversorgung stellt den Betrieb eines Produktionsprozess sicher, vermeidet Wiederanlaufprozesse und zerstörte Produktionschargen sowie gefährliche Zustände in der Produktion. Regenerative Energien wie Erdwärmenutzung, Wind- oder Solarenergie oder Wasserkraft können in der Eigenversorgung eine zentrale Rolle spielen. Da diese Energieträger nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen oder den gesamten Energiebedarf abdecken können, sind Speicher eine Lösung für Zeiträume, in denen diese Energien nicht zur Verfügung stehen bzw. Störungen auftreten. Darüber hinaus ist die Energieversorgung über Dieselgeneratoren als Ersatzstromquelle bzw. das Energienetz eines Anbieters als Basisversorgung sinnvoll. Smart Grids erlauben eine stabile und robuste Netzversorgung über ein zentrales Gleichspannungsnetz und die Pufferung durch Energiespeicher. Sie können das Versorgungsnetz stabilisieren und Spannungsschwankungen oder Störungen im Netz ausgleichen helfen. Zusätzlich können in kritischen Situationen Stromerzeugungsquellen das Netz stützen. Weiterhin bietet das zentrale Gleichspannungsnetz die Möglichkeit, Fotovoltaik direkt auf der Gleichspannungsebene einzubinden.

Griewing: Die konventionelle Energieinfrastruktur kommt durch die stark schwankende Einspeisung dezentral erzeugter Energie an ihre Grenzen. Ein durchgängiges Smart Grid über alle Ebenen bis zum intelligenten Messsystem im Unternehmen macht die Vorgänge im Netz nicht nur transparenter, sondern auch kontrollier- und beherrschbarer, etwa durch virtuelle Kraftwerke oder automatisierte Netz- und Ressourcensteuerung. Gemeinsam mit unseren Kunden – Energieversorgern und Netzbetreibern – arbeitet Landis+Gyr intensiv am Aufbau der Smart Grids, um die Versorgungssicherheit langfristig sicherzustellen.

Kühn: Es gibt verschiedene Ansätze, um die Versorgung sicherzustellen: Mit einem Mix aus verschiedenen Erzeugern, Speichern, sowie einem Mix aus Regionalisierung der Energieverteilung und Energieautobahnen, die für eine Ausgleich sorgen, lassen sich die Herausforderungen erfüllen. Zur Beherrschung eines Black-Outs werden die Auftrennung der Netze und die Bildung von Clustern notwendig sein.

elektro AUTOMATION: Die zunehmende Nutzung dezentral erzeugter Energie führt zu einem höheren Bedarf an Daten-Kommunikation. Das Internet der Dinge bzw. Industrie 4.0 könnten auch die Energieversorgung in der Industrie revolutionieren. Welche Rolle werden zukünftig das Internet und geeignete Software-Portale spielen?

Breiter: Datenerfassung und Datenanalyse spielen die Hauptrolle bei allen Vorgängen im versorgenden Energienetz sowie bei der Herstellung einer optimalen Versorgungssicherheit in der Produktion. Dabei sind Energiemanagementsysteme, die über eine private Cloud-Umgebung zentral oder dezentral Analysen und Reaktionen für eine Kostenreduktion, die Versorgungssicherheit und optimale Betriebsführung zur Verfügung stellen, von entscheidender Bedeutung.

Griewing: Die IT-Infrastruktur bildet das Rückgrat des Smart Grids, das auf der Vernetzung intelligenter Komponenten und dem schnellen und sicheren Austausch großer Datenmengen beruht. Aber nicht nur als reines Kommunikationsmedium kommt der IT-Infrastruktur eine zentrale Rolle zu, sondern auch als Plattform für cloudbasierte Lösungen für den Smart-Grid-Betrieb oder der Datenerfassung und -analyse. Derartige Smart-Grid-as-a-Service-Modelle, wie sie auch Landis+Gyr vorantreibt, werden die Realisation der Smart Grids beschleunigen und die finanziellen und technologischen Risiken für alle Beteiligten signifikant verringern.

Kühn: Das Internet mit entsprechenden Portalen wird weiter an Bedeutung gewinnen. Insbesondere der Endkunde wird den Informationsgewinn als selbstverständlich erachten. Die Themen Sicherheit sowie Kommunikation im Falle eines Stromausfalls sind derzeit jedoch nicht ausreichend betrachtet worden.

www.jeanmueller.de, Hannover Messe: Halle 13, Stand E98

www.landisgyr.de

www.socomec.de


„Um Energieeffizienz, Energiewende und Industrie 4.0 unter einen Hut zu bringen, sind neue Netzstrukturen erforderlich.“

Steffen Breiter, Marketing Manager Deutschland/Österreich, Socomec GmbH, Mannheim
Bild: Socomec

„Smart-Grid-as-a-Service-Modelle werden die Realisation von Smart Grids beschleunigen.“

Ralph Griewing, Senior Vice President Energy Solutions EMEA, Landis+Gyr AG, Zug/CH
Bild: Landis+Gyr

„Zur Beherrschung eines Black-Outs wird die Auftrennung der Netze in Cluster notwendig sein.“

Andreas Kühn, Leiter des Produktmanagements, Jean Müller GmbH, Eltville
Bild: Jean Müller


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