Smart(er) Grid: Bereitstellung eines zuverlässigen, belastbaren und erneuerbaren Energiemixes

Weltweit nutzen Menschen Strom und andere Energieträger zur Versorgung ihrer Häuser, Arbeitsplätze Einrichtungen, die sie zum täglichen Leben benötigen – von Lebensmittelgeschäften und Restaurants bis hin zu Schulen und Krankenhäusern.

Dieser bedeutsame Service ist als Grundlage des täglichen Lebens jedoch einem massiven Wandel unterworfen, da weltweit daran gearbeitet wird, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu mindern, den Einsatz erneuerbarer Energien zu erhöhen und digitale Technologien zu integrieren. Diese Evolution verspricht, eine Welt zu schaffen, in der Energie nachhaltiger ist. Der Weg dorthin ist aber weder kurz noch einfach.

Lassen Sie uns das aufschlüsseln. Die rasante Einführung moderner digitaler Technologien erhöht die Komplexität des gesamten Lebenszyklus der Energieversorgung - von der Erzeugung über die Übertragung bis zur Verteilung. Gleichzeitig integrieren immer mehr Versorgungsunternehmen erneuerbare Energien mit traditionellen Energiequellen wie Kohle, Kernkraft und Erdgas, um die Nachhaltigkeitsanforderungen zu erfüllen. So ist die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen im Jahr 2020 weltweit um fast 7 % gestiegen und wird im Jahr 2021 voraussichtlich um mehr als 8 % steigen – der schnellste Anstieg gegenüber einem Vorjahr seit den 1970er Jahren.

Hochauflösendes Bild
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Im Zuge des kontinuierlichen Fortschritts der Branche werden Automatisierungssoftware und -technologie dazu beitragen, konsistente und sinnvolle Veränderungen voranzutreiben, die Fortschritte in Zuverlässigkeit, Widerstandsfähigkeit und Nutzung erneuerbarer Energien ermöglichen.

Erneuerbare Energien

Obwohl niemand bezweifelt, dass eine Umstellung auf mehr erneuerbare Energien der richtige Weg ist, erfordert dies eine genauere Betrachtung der Auswirkungen auf die kontinuierliche Stromerzeugung, um den Bedarf zu decken und ein zuverlässiges Netzmanagement zu gewährleisten. Es steht außer Frage, dass die Lichter nicht ausgehen dürfen. Es gibt jedoch beim Übergang von einem zentralisierten zu einem dezentralen Stromnetz mit mehr erneuerbaren und dezentralen Energieressourcen im Strommix – von Dachsolarkollektoren, kleinen Windkraftanlagen, Batteriespeichersystemen, Microgrids und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen – erhebliche Herausforderungen. Insbesondere ist erneuerbare Energie, die variable Quellen erfordert, knapp, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht.

Die Beschleunigung des Umstiegs auf erneuerbaren Strom erfordert einen ausgewogenen Ansatz für das Stromnetz – weg von der Entwicklung herkömmlicher, großer physischer Anlagen, die Strom aus einer einzigen Quelle wie Erdgas oder Kohle erzeugen, hin zu erneuerbaren und dezentralen Energiequellen, die zu einem „virtuellen“ Kraftwerk der Zukunft zusammengeschlossen werden können.

Darüber hinaus muss die Energielandschaft die Herausforderungen der nächsten Generation bewältigen, die mit der Integration erneuerbarer Energien und dezentralen Energieressourcen in das Stromnetz verbunden sind. Dazu gehören mehr Verbindungspunkte und bidirektionale Energieflüsse, die beide zur Netzinstabilität beitragen können. Die Komplexität wird zudem dadurch erhöht, dass Energieverbraucher zu Energieversorgern werden – zum Beispiel verkaufen Verbraucher, die Strom von ihrem lokalen Energieversorger beziehen, auch Strom von ihren Solarkollektoren oder Elektrofahrzeug-Ladestationen und speisen diesen in das Netz ein. Diese komplexen Energieflüsse erfordern Innovation und Investitionen in Netzinfrastruktur und -analyse.

Zuverlässig + belastbar

Es gibt heute Technologien, mit denen Kraftwerke einige dieser Herausforderungen im Erzeugungs- und Netzmanagement bewältigen können. Eine der größten Herausforderungen ist die Möglichkeit, nahtlos zwischen größeren und kleineren Energiequellen umschalten zu können. So kann Energie modelliert, aggregiert, optimiert und in ein verbundenes, zentralisiertes System verteilt werden. Die Verbundfähigkeit und nahtlose Integration sind entscheidend für eine sichere und intelligente Bereitstellung vorhersehbarer und zuverlässiger Netzleistung in großem Maßstab und in Echtzeit.

Zentralisierte Betriebsabläufe optimieren die lokale Kontrolle an der Quelle, wodurch das gemeinschaftliche Management geografisch verteilter Anlagen – von herkömmlichen Kraftwerken bis hin zu Solaranlagen, Windparks und Microgrids – ermöglicht wird. Dies optimiert wiederum die Effizienz, erhöht die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und senkt die Kosten im gesamten Stromnetz.

„Durch den Einsatz leistungsstarker Software- und Automatisierungslösungen sehen wir eine Zukunft, in der erneuerbare, zuverlässige und belastbare Energie nicht nur realisierbar ist, sondern auch weltweit in großem Maßstab umgesetzt wird“, sagt Bob Yeager, President des Geschäftsbereichs Power and Water Solutions von Emerson.

Das Management und die Prognose des Netzverhaltens ist eine weitere Herausforderung. Die nachhaltigen Netzlösungen von Emerson, die digitale OSI-Netzlösungen sowie Ovation-Software und -Technologie umfassen, wandeln im gesamten Stromnetzwerk generierte Daten in entscheidungsrelevante Informationen um. Hierfür werden sowohl Vorhersagen zur Nachfrage in Echtzeit, als auch operative Transparenz und Analysen genutzt, um eine präzisere Entscheidungsfindung zu ermöglichen. Technologien wie Wireless-Lösungen, Simulationen mit digitalen Zwillingen, fortschrittliche Steuerungsanwendungen und Analysesoftware versetzen Versorgungsunternehmen in die Lage, die Energieeffizienz zu optimieren, die Stromerzeugung dynamisch zu modellieren und erneuerbare Energien einfacher in den Mix zu integrieren.

Digitale Netzlösungen von Emerson helfen TenneT, einem führenden europäischen Betreiber von Energieverteilungsanlagen, der fast 42 Millionen Menschen in den Niederlanden und Deutschland versorgt, ein Gleichgewicht zwischen Stromangebot und -nachfrage zu erzielen und dabei umweltfreundlichere Energiequellen zu integrieren.

Der Eva Creek Windpark der Golden Valley Electric Association, der größte in Alaska, entschied sich zugunsten seines Projektes zur digitalen Transformation für End-to-End-Lösungen von Emerson. Diese konnten zu einer Senkung der Betriebs- und Wartungskosten um 65 % beisteuern. Die Ovation Automatisierungsplattform und die OSI Monarch-Software bieten genauere Gerätediagnosen und -analysen für Prognose und Verteilung und tragen so zum Erreichen eines robusteren und intelligenteren Stromnetzes bei.

Da Energieerzeuger zunehmend aggressivere Nachhaltigkeitsziele verfolgen und stets an besseren Geschäftsergebnissen interessiert sind, benötigen sie immer leistungsfähigere Analyse-, Automatisierungstechnik- und Netzwerkmanagement-Software, um ein intelligenteres, zuverlässigeres und belastbareres Energieunternehmen zu schaffen.