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Intelligente Netze für eine nachhaltige Energieversorgung : Ausgabe 17/2017, 19.10.2017

Dezentralisierung verlangt neue Strategie

Strom? Kommt aus der Steckdose. Dorthin gelangt er über Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetze, die die weiten Distanzen bis zum Erzeuger überbrücken. Meist ist das ein Grosskraftwerk. Dieses Modell der Energieversorgung ist bis heute weltweit die Regel. Doch diese Regel beginnt aufzuweichen.

Bilder: Fotolia

Der Grund ist der Trend hin zu dezentralen Versorgungskonzepten. Immer mehr alternative, verteilte Energieerzeuger speisen Wind-,­ Biogas- und Solarenergie ins Netz ein – zu unterschiedlichen Zeiten und in schwankenden Mengen. Auf der anderen Seite entstehen neue Verbraucher wie fein verästelte Lade­infrastrukturen mit tausenden von Tankstationen für Elektroautos.

Die vorhandenen Energieverteilernetze sind diesen neuen Anforderungen kaum mehr gewachsen. Sie müssen zusammen mit Erzeugern und Verbrauchern zu Smart Grids ausgebaut werden: Zu intelligenten, regelbaren Netzen, mit denen sich die Herausforderungen der Energiewende, des Klimaschutzes und liberalisierter Strommärkte meistern lassen.

Neue Dienstleistungen und neue Geschäftsmodelle

Kernfunktionalität der Smart Grids ist die Konnektivität. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, Anlagen, Systeme und Endgeräte standort­unabhängig über das Internet zu vernetzen. Wenn die beteiligten Systeme und Komponenten schnell und sicher kommunizieren können, lassen sie sich beispielsweise zu virtuellen Kraftwerken zusammenschliessen und bedarfsgerecht steuern. Auf dieser Basis können neue Dienstleistungen entstehen, die wiederum Grundlage neuer Geschäftsmodelle sein können.

Da beim Smart Grid technische Systeme direkt über das Web miteinander kommunizieren (M2M), ist es Teil des Internet der Dinge, kurz IoT. Mit seinem vertikalen Marktsegment «Smart Grid» adressiert EBV Elektronik gezielt diesen Wachstumsmarkt. Der global agierende Elektronikdistributor hat das Segment in die vier Kernbereiche Energieerzeugung, Energieübertragung und -verteilung, Leistungsumsetzung sowie Messen und Handeln von Energie unterteilt und fokussiert sich auf Smart Meter, Energiespeicher, regelbare Transformatoren, Erzeuger für erneuerbare Energien, Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge sowie zuverlässige, sichere Kommunikationslösungen für das Smart Grid.

EBV bringt die richtigen Partner zusammen

Bereits ab der Initialphase neuer Produkte unterstützt EBV seine Kunden mit fundiertem Know-how, Entwicklungsmodulen und bewährten Systemlösungen. Für die Produktion liefert EBV zuverlässig genau passende Komponenten wie Sensoren, bewährte Konnektivitätsmodule, stromsparende Mikrocontroller und Embedded-Prozessoren. Darüber hinaus bringt EBV als Inkubator bei Bedarf die richtigen Partner zusammen. Damit Kunden schnell Applikationen für das Smart Grid entwickeln und erfolgreich vermarkten können.

Smart Grid: Basis für dezentrale Energieversorgung

Die Energiebranche steht vor einem fundamentalen Wandel. Davon zeugt nicht nur der angelaufene Ausstieg aus der Kernenergie, sondern auch Deutschlands erste Strom-Flatrate. Was bei Internetanschlüssen und Mobilfunkverträgen längst die Regel ist, wird sich auch im Energiemarkt durchsetzen. Der Enabler dafür ist das Smart Grid. Das intelligente Energienetz nutzt die fortschreitende Digitalisierung der beteiligten Komponenten. Der Trend zu einer mehr dezentral und ressourcenschonender ausgerichteten Energieerzeugung und -versorgung sowie das intelligente, energieeffiziente Nutzen der Energie verlangen jedoch ein teilweise radikales Umdenken bei den beteiligten Firmen. Dezentrale Energieversorgungskonzepte können dazu beitragen, die Kosten für den Netzausbau zu reduzieren. Denn Strom, der lokal erzeugt und verbraucht wird, muss nicht über weite Strecken transportiert werden. Sinnvolle Erweiterung dieses Konzepts sind steuerbare Ortsnetzstationen. Mithilfe dieser neuen Transformatoren lässt sich Leistung aus dem Niederspannungsnetz in das Mittelspannungsnetz speisen – und so beispielsweise ein Industriegebiet mit Energie versorgen, die in einem benachbarten Wohngebiet per PV-Anlagen erzeugt wird.

Grundlage der virtuellen Kraftwerke und virtuellen Speicher ist das Smart Grid: Nur wenn die beteiligten Einheiten quasi in Echtzeit und sicher miteinander kommunizieren können, lassen sie sich zu einem Verbund zusammenfassen und steuern. Diese M2M-Kommunikation findet über das Internet statt.

Etablierte Energieversorger stellen sich neu auf

Etablierte Energieversorger müssen diesen Wandel mitgehen – oder sie riskieren unterzugehen. Folgerichtig sind sie bereits dabei, sich neu aufzustellen. Die Konzerne spalten ihre konventionellen Energieversorgungssparten – Kohle, Gas, Atomkraft – ab und rücken zukunftsfähige Technologien und regenerative Energien in den Fokus. Neben der Photovoltaik zählt vor allem Windenergie dazu – die immer öfter in riesigen Offshorewindparks erzeugt wird.

Längst sind auch Windkraftanlagen (WKA) und ganze Windfarmen vernetzt und kommunizieren über das Internet. Hier spielt das IoT seine Stärken zum Beispiel beim Condition-Monitoring aus: Sensoren in den WKA erfassen wichtige technische Parameter, aus denen sich der aktuelle Zustand essenzieller Bestandteile ableiten lässt. Beispielsweise können bestimmte Schwingungsmuster auf einen drohenden Lagerschaden hindeuten.

Elektromobilität: Neue Ladeinfrastrukturen gefragt

Auch das Transportwesen ist von einer zunehmenden Digitalisierung und Elektrifizierung geprägt. Das wirkt sich nicht nur auf den Individualverkehr aus, sondern auch auf den öffentlichen Personen- und Güterverkehr, sowohl auf der Strasse als auch auf der Schiene. Fahrzeuge werden mit Hightechsensoren sowie Modulen zur Datenverarbeitung und zur Kommunikation ausgerüstet, die einerseits eine bessere Flottensteuerung erlauben, andererseits die Wartung optimieren helfen. Somit werden auch sie Teil des IoT.

Hinzu kommt, dass neben der zunehmenden Verfügbarkeit digitaler Technologien ein Wandel im Werteverständnis vieler Menschen stattfindet. In vielen Städten sind Car-Sharing-Anbieter nicht zuletzt daher erfolgreich, weil immer mehr jungen Leuten mittlerweile Konsumgüter wie teure Smartphones wichtiger sind als ein eigenes Auto. In den Wagen-Pools der Car-Charing-Firmen werden in Zukunft immer häufiger Elektroautos zu finden sein, die permanent mit der Zentrale vernetzt sind.

Fahrzeug meldet sich selbstständig an nächster Ladestation an

Bislang dauert das Laden eines Elektrofahrzeugs am 400-V-Dreiphasenwechselstromanschluss oder gar an einer 230-V-Steckdose typischerweise oft mehrere Stunden. Für Langstrecken sind Elektroantriebe daher bislang keine Alternative zu Verbrennungsmotoren. Autofahrer sind gewohnt, dass das Tanken nur wenige Minuten dauert. Selbst 20 Minuten sind für das Füllen der Energiespeicher zum Beispiel an einer Autobahnraststätte zu viel.

Spätestens wenn Porsche seinen ersten reinen E-Renner auf die Strasse bringt – was für 2020 geplant ist – müssen leistungsfähigere, vernetzte Ladeinfrastrukturen verfügbar sein. Der mit einer 800- statt der bislang üblichen 400-V-Batterie ausgestattete Wagen lädt bei 920 V mit 350 A – also mit rund 320 kW! Später sollen neuartige Stecker bis zu 630 A ermöglichen. Denkbar sind auch induktive Ladetechniken. Als Teil des IoT könnte das Fahrzeug sich rechtzeitig bei der nächstgelegenen Ladestation anmelden, wenn die Energiereserven zur Neige gehen.

Die Rolle von EBV: Intelligenz für das intelligente Energienetz

Smart-Grid-Applikationen sind komplex und zunehmend softwaregetrieben. Sie vereinen Funktionen aus ganz unterschiedlichen Bereichen. Für Hersteller bedeutet das: Für die Entwicklung eines Produkts ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auch Know-how ausserhalb der eigenen Kernkompetenz gefragt – zum Beispiel für die Konnektivität oder die Informationssicherheit. Anstatt sich nun mühsam Spezialwissen über Funktechnik, Embedded Security oder andere Bereiche anzueignen, empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit spezialisierten Partnern – am besten bereits ab einer frühen Phase der Entwicklung. Mit seinem umfassenden Partnernetzwerk kann EBV Brücken bauen und seinen zahlreichen Kunden weltweit helfen, schnell sowohl passende Ressourcen als auch spezifisches Applika-tionswissen zu finden. 

 

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Längst sind Windkraftanlagen (WKA) und ganze Windfarmen vernetzt und kommunizieren über das Internet


Das Transportwesen ist von einer zunehmenden Digitalisierung und Elektrifizierung geprägt – sowohl der private wie der öffentliche Verkehr