Seit dem späten 19. Jahrhundert sind Stromverteilungssysteme (oft als Netze bezeichnet) die weltweit wichtigste Stromquelle.Wenn diese Netze erstellt werden, funktionieren sie ganz einfach: Sie erzeugen Strom und senden ihn an Häuser, Gebäude und überall dort, wo Strom benötigt wird.
Da jedoch der Strombedarf steigt, ist ein effizienteres Netz erforderlich.Moderne „Smart Grid“-Stromverteilungssysteme, die heute weltweit im Einsatz sind, basieren auf modernster Technologie zur Optimierung der Effizienz.In diesem Artikel werden die Definition eines Smart Grids und die Schlüsseltechnologien untersucht, die es intelligent machen.
Was istSmart-Grid-Technologie?
Ein Smart Grid ist eine Stromverteilungsinfrastruktur, die eine bidirektionale Kommunikation zwischen Energieversorgern und Kunden ermöglicht.Zu den digitalen Technologien, die Smart-Grid-Technologien ermöglichen, gehören Leistungs-/Stromsensoren, Steuergeräte, Rechenzentren und intelligente Zähler.
Einige Smart Grids sind intelligenter als andere.Viele Länder haben große Anstrengungen unternommen, um veraltete Verteilungsnetze in intelligente Netze umzuwandeln, aber die Transformation ist komplex und wird Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern.
Beispiele für Smart-Grid-Technologien und Smart-Grid-Komponenten
Intelligente Zähler – Intelligente Zähler sind der erste Schritt beim Aufbau eines intelligenten Stromnetzes.Intelligente Zähler liefern Kunden und Energieversorgern Daten zum Energieverbrauch am Einsatzort.Sie stellen Energieverbrauchs- und Kosteninformationen bereit, um Benutzer darauf aufmerksam zu machen, Energieverschwendung zu reduzieren, und helfen Anbietern, die Verteilungslasten im gesamten Netz zu optimieren.Intelligente Zähler bestehen im Allgemeinen aus drei Hauptsubsystemen: einem Stromversorgungssystem zur Messung des Stromverbrauchs, einem Mikrocontroller zur Verwaltung der Technologie im intelligenten Zähler und einem Kommunikationssystem zum Senden und Empfangen von Energieverbrauchs-/Befehlsdaten.Darüber hinaus können einige intelligente Zähler über eine Notstromversorgung (wenn die Hauptverteilungsleitung ausfällt) und GSM-Module verfügen, um den Standort des Zählers aus Sicherheitsgründen zu lokalisieren.
Die weltweiten Investitionen in intelligente Zähler haben sich im letzten Jahrzehnt verdoppelt.Im Jahr 2014 beliefen sich die weltweiten jährlichen Investitionen in intelligente Zähler auf 11 Millionen US-Dollar.Laut Statista belaufen sich die weltweiten Investitionen in intelligente Zähler bis 2019 auf 21 Millionen US-Dollar, wenn man die Systemeffizienzgewinne durch die Implementierung intelligenter Zähler berücksichtigt.
Intelligente Laststeuerungsschalter und Verteilerschalttafeln – Während intelligente Zähler den Energieversorgern Echtzeitdaten liefern können, steuern sie die Energieverteilung nicht automatisch.Um die Stromverteilung während Spitzenlastzeiten oder in bestimmten Bereichen zu optimieren, verwenden Energieversorger Energiemanagementgeräte wie intelligente Laststeuerungsschalter und Schalttafeln.Diese Technologie spart erhebliche Energiemengen, indem unnötige Verteilungen reduziert oder Lasten, die ihre zulässigen Nutzungszeitgrenzen überschritten haben, automatisch verwaltet werden.Um die Stromverteilung während Spitzenlastzeiten oder in bestimmten Bereichen zu optimieren, verwenden Energieversorger Energiemanagementgeräte wie intelligente Laststeuerungsschalter und Schalttafeln.Diese Technologie spart erhebliche Energiemengen, indem unnötige Verteilungen reduziert oder Lasten, die ihre zulässigen Nutzungszeitgrenzen überschritten haben, automatisch verwaltet werden.
Beispielsweise nutzt die Stadt Wadsworth, Ohio, ein Stromverteilungssystem aus dem Jahr 1916. Die Stadt Wadsworth hat eine Partnerschaft mit Itron, einem Hersteller vonIntelligente Lastkontrollschalter(SLCS), um den Stromverbrauch des Systems um 5.300 Megawattstunden zu reduzieren, indem SLCS in Häusern installiert wird, um Klimakompressoren während Spitzenstromverbrauchszeiten laufen zu lassen.Automatisierung von Energiesystemen – Die Automatisierung von Energiesystemen wird durch Smart-Grid-Technologie ermöglicht und nutzt modernste IT-Infrastruktur zur Steuerung jedes Glieds in der Vertriebskette.Automatisierte Energiesysteme nutzen beispielsweise intelligente Datenerfassungssysteme (ähnlich denen intelligenter Zähler), Energiesteuerungssysteme (z. B. intelligente Laststeuerungsschalter), Analysetools, Computersysteme und Energiesystemalgorithmen.Durch die Kombination dieser Schlüsselkomponenten kann sich das Netz (oder mehrere Netze) automatisch anpassen und optimieren, ohne dass eine menschliche Interaktion erforderlich ist.
Smart Grid-Implementierung
Wenn digitale, bidirektionale Kommunikations- und Automatisierungstechnologien im Smart Grid implementiert werden, werden eine Reihe von Infrastrukturänderungen die Netzeffizienz maximieren.Die Implementierung des Smart Grid hat die folgenden Infrastrukturänderungen ermöglicht:
1.Dezentrale Energieerzeugung
Da das Smart Grid die Energieverteilung kontinuierlich überwachen und steuern kann, ist zur Stromerzeugung kein einziges großes Kraftwerk mehr erforderlich.Stattdessen kann Strom durch viele dezentrale Kraftwerke wie Windkraftanlagen, Solarparks, Photovoltaik-Solarmodule für Privathaushalte, kleine Staudämme usw. erzeugt werden.
2.Fragmentierter Markt
Die Smart-Grid-Infrastruktur unterstützt auch die Verbindung mehrerer Netze als Mittel zur intelligenten Energieverteilung über herkömmliche zentralisierte Systeme hinweg.Beispielsweise verfügten die Kommunen früher über separate Produktionsstätten, die nicht mit den Nachbargemeinden verbunden waren.Durch die Implementierung einer Smart-Grid-Infrastruktur können Kommunen zu einem gemeinsamen Produktionsplan beitragen, um die Produktionsabhängigkeit im Falle eines Stromausfalls zu beseitigen.
3.Kleinübertragung
Eine der größten Energieverschwendungen im Netz ist die Verteilung von Energie über große Entfernungen.Wenn man bedenkt, dass Smart Grids Produktion und Märkte dezentralisieren, wird die Nettoverteilungsdistanz innerhalb eines Smart Grids deutlich reduziert und somit die Verteilungsverschwendung reduziert.Stellen Sie sich zum Beispiel einen kleinen gemeinschaftlichen Solarpark vor, der 100 % des täglichen Strombedarfs der Gemeinde in nur 1 km Entfernung erzeugt.Ohne einen lokalen Solarpark muss die Gemeinde möglicherweise Strom von einem größeren Kraftwerk in 100 Kilometern Entfernung beziehen.Die bei der Übertragung von weit entfernten Kraftwerken beobachteten Energieverluste können hundertmal größer sein als die bei lokalen Solarparks beobachteten Übertragungsverluste.
4.Zweiseitige Verteilung
Bei lokalen Solarparks kann es vorkommen, dass der Solarpark mehr Energie erzeugen kann, als die Gemeinde verbraucht, und somit ein Energieüberschuss entsteht.Diese überschüssige Energie kann dann in das Smart Grid eingespeist werden und so dazu beitragen, den Bedarf entfernter Kraftwerke zu reduzieren.
In diesem Fall fließt tagsüber Energie von der Solarfarm zum Hauptnetz außerhalb der Gemeinschaft. Wenn die Solarfarm jedoch inaktiv ist, fließt Energie vom Hauptnetz zu dieser Gemeinschaft.Dieser bidirektionale Energiefluss kann durch Stromverteilungsalgorithmen überwacht und optimiert werden, um sicherzustellen, dass zu jedem Zeitpunkt während der Nutzung die geringste Energiemenge verschwendet wird.
In einer Smart-Grid-Infrastruktur mit bidirektionaler Verteilung und dezentralen Netzgrenzen können Nutzer als Mikrogeneratoren fungieren.Beispielsweise können einzelne Häuser mit eigenständigen Photovoltaik-Solaranlagen ausgestattet werden, die bei Nutzung Strom erzeugen.Wenn die private PV-Anlage überschüssige Energie erzeugt, kann diese Energie in das größere Netz eingespeist werden, wodurch der Bedarf an großen zentralen Kraftwerken weiter reduziert wird.
Die Bedeutung von Smart Grid
Auf makroökonomischer Ebene sind intelligente Netze von entscheidender Bedeutung für die Reduzierung des Stromverbrauchs.Viele lokale Energieversorger und Regierungen bieten großzügige und aggressive Maßnahmen an, um sich an der Einführung intelligenter Netze zu beteiligen, da dies finanziell und ökologisch vorteilhaft ist.Durch die Einführung eines intelligenten Stromnetzes kann die Energieerzeugung dezentralisiert werden, wodurch das Risiko von Stromausfällen eliminiert, die Betriebskosten des Stromsystems gesenkt und unnötige Energieverschwendung vermieden wird.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. März 2023