Die Energiewirtschaft steht vor großen Aufgaben. Nicht nur gilt es, kostspielige CO2-Emissionen zu senken, dank des stetig wachsenden Anteils erneuerbarer Energieträger müssen auch immer mehr dezentrale Erzeuger in das Stromnetz integriert werden. Für die Bewältigung dieser Aufgaben ist es unter anderem nötig, die Energienetze zukunftsfähig, das heißt nachhaltig, flexibel, resilient und effizient aufzustellen. Ganzheitliche Lösungen wie die von Schneider Electric legen mit der intelligenten Vernetzung von Hard- und Software dafür den Grundstein. Mithilfe digitaler Technologien lassen sich regenerative Energiequellen gewinnbringend in das Netz integrieren, Strom im Sinne einer Sektorenkopplung bedarfsgerecht und sicher verteilen oder die Netzqualität für Haushalte, Gewerbe und Industrie zuverlässig konstant halten. Die gute Nachricht: Die Technik für nachhaltiges Energiemanagement ist bereits vorhanden.
Nachhaltigkeit in Netz und Komponenten
Voll digitalisierte Energienetze haben einen großen Anteil daran, dass Klimaschutzmaßnahmen nachhaltig und wirtschaftlich rentabel umgesetzt werden können. So ist es etwa durch den Einsatz digitaler Komponenten möglich, Transparenz und Flexibilität im Netz zu erhöhen. Für die störungsfreie Einbindung meist dezentral verbauter regenerativer Energieträger sowie für eine effiziente Verteilung von mitunter volatil erzeugten Energieressourcen ist das eine wesentliche Voraussetzung. Doch nicht nur digitale Features sind wichtig. Auch in Bezug auf ihre grundlegende Funktionsweise sollten sämtliche Komponenten eines nachhaltigen Stromnetzes höchsten Ansprüchen an Klima- und Umweltschutz genügen. Als Teil seines ganzheitlichen Portfolios für die Energieversorgung hat der Tech-Konzern Schneider Electric daher eine Mittelspannungsanlage entwickelt, die eine Alternative zu SF6-basierten Modellen darstellt. Auf Grundlage der neuartigen Shunt-Vakuum-Technologie verzichten diese vollständig auf das äußerst klimaschädliche Treibhausgas SF6 und verwenden stattdessen reine Luft zur Isolation der Schaltanlage.
Mehr Flexibilität mit dem digitalen Zwilling
Wurden Schaltanlagen traditionell noch am Reißbrett entworfen, stehen inzwischen intelligente Softwarelösungen zur Verfügung, um dieses Verfahren zeit- und kostensparend am Computer durchzuführen. Ein virtuelles Abbild der Anlage – der digitale Zwilling – ermöglicht es, Energiesysteme von Anfang an flexibel an individuelle Anforderungen anzupassen und dabei die benötigten Komponenten, im Hinblick auf ihre elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften, dennoch regelbasiert aufeinander abzustimmen. Auf Grundlage einer einheitlichen Digital Twin-Plattform stehen Software-Komplettlösungen wie ETAP von Schneider Electric auf allen Prozessebenen, vom Design bis zur Wartung, unterstützend zu Verfügung und können eine Vielzahl an physischen und operativen Voraussetzungen simulieren. Änderungen an Anlagen, ob im Planungsprozess oder durch Nachrüstungen, lassen sich dadurch virtuell testen und transparent dokumentieren. Unterstützt durch historische Daten, optimiert eine solche zentralisierte und virtuelle Sichtweise auf die Anlage die Überwachung und Wartung von insbesondere kritischen Infrastrukturen. Im Fall von Problemen wird die Ursache schnell klar und der Fehler kann gezielt angegangen und zeitnah behoben werden.
Physische und virtuelle Resilienz von Anlagen
Die Analyse historischer und aktueller Anlagendaten erfolgt über Asset Performance Management Systeme, wie etwa den EcoStruxure Grid Asset Advisor von Schneider Electric. Dieser nutzt die mithilfe vernetzter Feldgeräte geschaffene Datentransparenz, um Informationen über den Zustand von Komponenten zu sammeln, Risiken zu bewerten, Anomalien zu erfassen und durch ein intelligentes Alarmmanagement frühzeitig über potentielle Schäden zu informieren. Indem sich Wartungsarbeiten damit vorausschauend planen lassen, wird die physische Resilienz von Anlagen deutlich gesteigert.
Neben der physischen Widerstandsfähigkeit bedeutet Resilienz aber auch Cybersicherheit – insbesondere bei dezentralen, digital vernetzten Systemen. Wie sich solche Systeme ganzheitlich schützen lassen, zeigt Schneider Electric mit seiner Cybersecurity Application Plattform (CAP). Die flexible Sicherheitslösung lässt sich auf bereits vorhandene Hardware und Infrastruktur aufsetzen und führt herstellerübergreifende Sicherheitsüberprüfungen für alle Prozesse durch. Die CAP erleichtert als skalierbare, modulare Lösung den Betrieb und die Wartung einzelner Komponenten und unterstützt dabei, mithilfe von Visualisierung und Containerdesign individuelle und bedarfsgerechte Cybersicherheitssysteme aufzubauen.
Optimierte Prozesse durch GIS und Datendurchgängigkeit
Die optimale Planung neuer Versorgungsnetze setzt eine umfassende Kenntnis über bereits vorhandene, standortbezogene Infrastrukturen voraus. Bestehende Assets wie Anlagen, Kabel oder Freileitungen lassen sich mit Graphischen Informationssystemen (GIS) kartieren und visuell aufbereiten. Asset Management-Lösungen wie EcoStruxure ArcFM von Schneider Electric verwalten diese Daten und stellen sie für technische Analysen oder Fehlerbehebungen bereit. Aber auch Netzerweiterungen auf Grundlage genauer standort- und flächenbezogener Informationen werden so erleichtert. Durch eine mobile Verfügbarkeit der Daten kann das Servicepersonal vor Ort auf Zeichnungen oder andere visualisierte Informationen zugreifen, diese korrigieren und ergänzen, und so zu einer erhöhten Datenqualität und -verfügbarkeit beitragen. Über Schnittstellen zu ERP-Systemen lassen sich die Daten zudem problemlos für die Budgetplanung verwenden.
Effizientes Energiemanagement
Die absehbar steigende Zahl dezentraler Erzeuger hat für das Energienetz zur Folge, dass es künftig einer stärkeren Vernetzung zwischen Lasten und Energieerzeugern bedarf. Eine Möglichkeit, um das gerade in verbrauchsintensiven und abgeschlossenen Arealen wie Industrieanlagen, Flughäfen oder Rechenzentren besonders ausfallsicher und effizient umzusetzen, sind Microgrids. Dabei handelt es sich um lokal begrenzte Energiesysteme, in denen Stromerzeuger und -verbraucher zusammengeführt werden. Da innerhalb des Grid sämtliche Anlagen und Komponenten durchgängig miteinander vernetzt sind, ist es beispielsweise mit dem EcoStruxure Microgrid Advisor möglich, den idealerweise lokal und grün erzeugten Strom bedarfsgerecht und effizient an Verbraucher und Speichermedien zu verteilen. Ist das Microgrid nicht komplett von der Außenwelt isoliert, kann überschüssige Energie auch in das umliegende Netz eingespeist und entsprechend verkauft werden. Sollten die individuellen Gegebenheiten und Sicherheitsanforderungen das allerdings nicht zulassen, ist auch ein autarker Betrieb im Sinne einer getrennten Insellösung möglich. Insgesamt sind Microgrids aber immer darauf ausgelegt, eine netzunabhängige, verlässliche Energieversorgung zu gewährleisten und eignen sich dadurch insbesondere für den Einsatz in kritischen Infrastrukturen wie Rechenzentren, Krankenhäusern oder lokalen Energiegemeinschaften.
Doch auch auf städtischer oder überregionaler Netzebene ermöglicht die passende Software-Lösung ein effizientes Energiemanagement. Wird ein Verteilnetz mit einer Netzmanagementsoftware wie dem EcoStruxure ADMS von Schneider Electric betrieben, kann der Informations- und Datenaustausch zwischen den vernetzten Komponenten automatisiert werden. Diese enge IT – OT Verknüpfung führt zu einem effizienten und dadurch nachhaltigerem Netzbetrieb. Das Softwaretool der Impact Company kombiniert Verteilnetz- und Störungsmanagement mit Überwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungssystemen (SCADA) zu einem gemeinsamen Netzmodell. Diese Zusammenführung gewährleistet eine hohe Datendurchgängigkeit, damit die von intelligenten Feldgeräten geschaffene Datentransparenz auf allen Prozessebenen genutzt werden kann, um Abläufe zu optimieren.
Fazit
Die Energieversorgung zukunftsfähig zu gestalten, stellt Energieversorger vor enorme Herausforderungen. Enorm ist aber auch das Potential, dass innovative Technik und Digitalisierung bereithalten. Mit Lösungen für zum Beispiel SF6-freie Schaltanlagen, digitalen Zwilling oder intelligente Softwareanwendungen zeigt der Tech-Konzern Schneider Electric, dass eine Umstellung auf nachhaltige, flexible, resiliente und effiziente Energienetze schon heute möglich ist.
Mehr Informationen zum digitalen Energienetz und der Verwendung SF6-freier Technologie finden Sie hier:
– Erfolgsstory SF6-freie Mittelspannungsschaltanlage: https://blog.se.com/de/solution-insights/2021/03/18/energieverteilung-im-dienste-der-umwelt/
– EcoStruxure Grid: https://www.se.com/de/de/work/campaign/innovation/energy.jsp
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