Das intelligente Netz: Wie KI die Energietechnologien von heute vorantreibt

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Wie Sauerstoff ist das Stromnetz für das moderne Leben essentiell, aber nicht immer im Sinn – bis es zu Problemen kommt. Heute schlägt die alternde Netzinfrastruktur von schweren Wetterereignissen auf der ganzen Welt ab, was zu Stromausfällen führt, die Gesundheit, Sicherheit und Wirtschaftstätigkeit gefährden. Gleichzeitig setzen auch eine Reihe anderer Faktoren die jahrhundertealten Netze unter Druck. Die Art und Weise, wie Energie erzeugt wird, verändert sich rasant – mehr Wind und Solarenergie, weniger Kohle und fossile Brennstoffe. Dieser Wandel erfordert neue Prozesse und Methoden zur Verwaltung. Auch das „Wer“ verändert sich, wobei Energie nicht nur von den großen Energiekonzernen, sondern auch von einer Vielzahl neuer Wettbewerber und Prosumenten (Verbraucher, die Energie produzieren) erzeugt wird.

Und nicht nur die natürliche Welt verändert sich schnell, sondern auch die technologische Welt schreitet auf einem Gallop voran. Cloud-vernetzte Technologien für künstliche Intelligenz (KI) wie maschinelles Lernen, Datenanalysen und das Internet der Dinge (IoT) treiben die Weiterentwicklung intelligenter Netze voran, die in der Lage sind, viel komplexere Stromerzeugung und -verteilung zu verwalten. Diese Technologien bieten den Menschen im komplexen Energienetzwerk, die in der Lage sind, sie zu nutzen, erhebliche Chancen.

Was ist ein Prosument?

Prosument ist ein Portmanteau-Wort, das „Produzent“ und „Konsument“ kombiniert. Energieprosumenten bleiben in der Regel mit dem Zentralnetz verbunden. Sie sind aber auch in der Lage, Energie zu erzeugen und sogar zu speichern – typischerweise mit Photovoltaik-Solarpaneelen und EV-Akkus.

Abhängig von der erzeugten Strommenge kann diese Energie entweder zum Ausgleich monatlicher Rechnungen verwendet oder als Überschuss an Versorgungsunternehmen oder andere Energieverteilungsdienste zurückverkauft werden. Dieses Modell kann sowohl für Privat- als auch für gewerbliche Prosumenten angewendet werden, wobei immer mehr Unternehmen ihre Solarpaneele und EV-Flotten in das Netz integrieren.

Was ist ein Smart Grid?

Ein intelligentes Netz ist ein Netz, das die Energieverteilung und die digitale Kommunikationstechnologie in einem wechselseitigen Strom- und Datenfluss integriert. Dadurch können Versorgungsunternehmen die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung optimieren. Außerdem können die Verbraucher von den Geschichten profitieren, die von den Daten erzählen. So können sie die von ihnen verbrauchte Energie und sogar die Energie, die sie durch Solarpaneele und EV-Batterien produzieren und speichern, besser verstehen.

Was ist der Unterschied zwischen dem traditionellen Netz und einem Smart Grid?

Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichen Systemen und intelligenten Netzen liegt in der Fähigkeit, Informationen in beide Richtungen über das gesamte Netz auszutauschen, von Versorgungsunternehmen bis hin zu Verbrauchern und umgekehrt. Zu den wichtigsten Funktionen für die Differenzierung intelligenter Netze gehören:

Technologie: KI, Cloud und digitale Technologien ermöglichen die Kommunikation aller Geräte und Anlagen innerhalb des Netzes und unterstützen eine bessere Kontrolle und Selbstregulierung.
Verteilung: Energie, die von Prosumenten und anderen erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenenergie oder Wind erzeugt wird, kann sporadisch und ungleichmäßig sein. Intelligente Netztechnologien helfen dabei, Strom aus solchen Quellen zu koordinieren, zu speichern und in einen stabilen und zuverlässigen Strom zu verlagern.
Generierung: Durch vorausschauende Analysen in intelligenten Systemen können hohe Bedarfslasten prognostiziert und auf mehrere Werke und Unterwerke verteilt werden.
Sensoren: IoT-Sensoren im gesamten Netzwerk können dabei helfen, Risiken frühzeitig zu erkennen, Strom neu zu verteilen, um Ausfälle zu verringern und Lastausgleich ohne direkte Eingriffe der Betreiber zu unterstützen.
Selbstreparatur und vorausschauende Wartung: Mit Sensoren lassen sich auch mechanische Probleme erkennen und einfache Fehlerbehebungen und Reparaturen durchführen, die Techniker nur bei Bedarf benachrichtigen – bevor tatsächlich etwas ausfällt.
Auswahl der Kunden: Mehr Energieversorger, Genossenschaften und Kleinsterzeuger können dem Netz beitreten, sodass die Verbraucher mehr Wahlmöglichkeiten bei der Energieversorgung haben.

Anwendungen von KI in intelligenten Energielösungen: Die Perspektive der Versorgungswirtschaft

Künstliche Intelligenz ist der treibende Antrieb für „intelligente Agenten“ hinter intelligenten Netzen – die Bewertung der Umwelt und das Ergreifen von Maßnahmen, um ein bestimmtes Ziel zu maximieren. KI ist von grundlegender Bedeutung für die Integration erneuerbarer Energien, die Stabilisierung der Energienetze und die Verringerung finanzieller Risiken im Zusammenhang mit Instabilität in der Infrastruktur.

So haben beispielsweise die Selbstlern-, Anpassungs- und Berechnungsfunktionen von KI ein erhebliches Potenzial, um dem sporadischen Charakter erneuerbarer Energien zu begegnen. Ein Ungleichgewicht bei den Produktions- und Verbrauchsspitzen wird oft durch die „Entenkurve“ dargestellt und kann diese Energiequellen schwer zu steuern machen. Der Einsatz von KI in intelligenten Netzen wird dazu beitragen, diese Herausforderung zu bewältigen, indem Ungleichgewichte zwischen Produktions- und Verbrauchslasten ausgeglichen werden.

Intelligente Netztechnologien tragen dazu bei, die Aktivitäten der Versorgungswirtschaft transparenter und wettbewerbsfähiger zu machen. Zu den Anwendungen von KI und maschinellem Lernen in Smart Grids gehören:

Agilität und Resilienz: Wenn erneuerbare Energien von neuen Partnern wie Genossenschaften und Prosumenten erzeugt werden, ist sie oft intermittierend und variabel. Sensoren und Automatisierung können verwendet werden, um Teile des Netzes zu identifizieren, die anfällig sind, und mit automatisierter Umleitung zu reagieren. Dabei wird überschüssige Energie während Spitzenzeiten gespeichert und während Lücken im Fluss umgeleitet.
Präzisere Prognosen: Der Versorgungssektor sieht sich aufgrund von Verbrauchsveränderungen einer großen Preisschwankung gegenüber. Modelle für vorausschauende Analysen können verwendet werden, um Strombelastungen und die Erzeugung erneuerbarer Energien zuverlässiger vorherzusagen. Durch die Kombination von Daten aus der Advanced-Metering-Infrastruktur (AMI) mit KI sind Prognosen genauer als herkömmliche Ansätze.
Komplexere Ausfallwarnungen: Das Netzwerk aus Sensoren, Zählern und Aktoren in einem intelligenten Netz kann eine „letzte Gase“-Kurzsignalübertragung geben, einschließlich Zeit und Datum, um auf einen Stromverlust aufgrund teilweiser oder vollständiger Ausfälle hinzuweisen. Darüber hinaus können die Vorhersagefunktionen von KI und die Echtzeitdaten von intelligenten Zählern Betreiber über Ausfälle unmittelbar vor ihrem Auftreten informieren. Diese Systeme können sogar zwischen Einzel-, Straßen- und Zonenausfällen unterscheiden.
Optimierte Stromausbeute: Der Einsatz von KI-gestützten Sensornetzen in Erzeugungsstufen kann auch zur Optimierung der Leistungsabgabe genutzt werden. Auf ähnliche Weise profitiert Solarenergie auch von KI-Werkzeugen, um die Produktivität durch Vorhersage der Sonneneinstrahlung zu steigern.
Verbesserte automatisierte Umschaltung: Die Fähigkeit von KI-Tools, Netzungleichgewichte vorherzusagen und zwischen einer kurzen Stromunterbrechung und einem vollständigen Ausfall zu unterscheiden, wird es bald ermöglichen, Wechselprotokolle zu automatisieren. Auf diese Weise können Versorgungsunternehmen Energie umleiten oder betroffene Gebiete isolieren, bevor schwere Schäden auftreten oder der Ausfall in andere Gebiete ausgedehnt wird. Bei diesen Werkzeugen handelt es sich um eine Verteidigungslinie, die die Sicherheit der wesentlichen Geräte gewährleistet, die zum Isolieren und Reparieren von Fehlern verwendet werden.
Flexibleres Demand-Side-Management (DSM): Spitzennachfrage belastet Versorgungsunternehmen. Der Einsatz von KI und intelligenten Zählern in Häusern und Büros kann bei der Planung, Planung, Ausführung und Überwachung von Änderungen des Energiebedarfs helfen, um sicherzustellen, dass die Anbieter sie erfüllen können. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Stromnutzung haben, wie die USA zeigen. Die Federal Energy Regulatory Commission stellte fest, dass Spitzenlasten durch Nachfragesteuerung um bis zu 150 GW reduziert werden können. Ähnlich schätzt das Electric Power Research Institute (EPRI), dass diese intelligenten Instrumente bis 2030 zu einer Verringerung der Energiespitzen im Sommer um 175 GW führen könnten.
Verbesserte Sicherheit: Cybersicherheit ist ein zentrales Anliegen aller Unternehmensbereiche. Und die zunehmende Anzahl und Komplexität von Cyberangriffsstrategien birgt sowohl für bestehende als auch für neue Stromnetze ein Risiko. KI-Tools können dazu beitragen, dieses Risiko zu verringern, indem sie Netzwerkangriffsfunktionen, Malware und Eindringlinge erkennen und Netzwerksicherheit für Stromversorgungssysteme bieten. Darüber hinaus können andere Technologien wie Blockchain transparente, manipulationssichere und sichere Systeme bereitstellen, die neuartige Geschäftslösungen ermöglichen, insbesondere in Kombination mit intelligenten Verträgen.

Anwendungen von KI in intelligenten Energielösungen: Die Verbraucherperspektive

Jüngste Umfragen aus Großbritannien und den USA zeigen weniger als großartige Kundeneinstellungen gegenüber Versorgungsunternehmen. Angesichts des steigenden Anstiegs der Energieversorger und -prosumenten müssen Versorgungsunternehmen intelligente Lösungen nutzen, um die Kundenbindung und -zufriedenheit zu verbessern. Im Folgenden finden Sie einige Möglichkeiten, wie Smart-Grid-Technologien zur Steigerung der Kundenzufriedenheit beitragen können:

Niedrigere Kosten: KI-gestütztes intelligentes Netzmanagement und intelligente Messsysteme ermöglichen es Kunden, stündliche Bewertungen ihrer Stromnutzung zu erhalten. So können sie nicht nur erkennen, wann und wo sie die Energie am meisten nutzen, sondern auch personalisierte Tipps und Vorschläge zur Optimierung ihrer typischen täglichen Routinen erhalten, um die Nutzung in Spitzenzeiten zu senken. Sie hilft Prosumenten auch bei der Steuerung der Energieerzeugung, die an das Netz zurückverkauft werden kann, um die Kosten noch weiter zu senken.

Mehr Nachhaltigkeit und Transparenz: Intelligente Netzdaten können Kunden dabei helfen, sich besser bewusst zu machen, woher ihre Energie kommt, und so ihre Motivation zu erhöhen und zur Demokratisierung des Netzes beizutragen. Dies kann dazu beitragen, ihnen neue Perspektiven für die Energieversorgung und die Möglichkeit zu geben, nachhaltigere Optionen zu wählen.

Weniger Ausfälle: Wie bereits erwähnt, können KI-Tools dazu beitragen, die Anzahl der Ausfälle zu reduzieren und ihre Auswirkungen sowohl für Privat- als auch für Geschäftskunden zu mindern. Das bedeutet eine Erhöhung der Sicherheit und des Vertrauens für die Verbraucher – zumal Wetterereignisse und Rekordtemperaturen Ängste vor Brownouts und anderen Störungen bringen.

Vor Kurzem kündigte ein britischer Verteilnetzbetreiber ein Pilotprojekt an, bei dem intelligente Zählerdaten eingesetzt werden sollen, um Verbraucher bei der Verbesserung des Energiemanagements, der Optimierung der Netzbelastung und der Verringerung der CO2-Emissionen zu unterstützen. Die Studie könnte Kunden Millionen von Pfund einsparen und potenziell Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen aus dem jährlichen CO2-Fußabdruck des Vereinigten Königreichs reduzieren. Dies ist nur ein Beispiel für die potenziellen Vorteile intelligenter Netze für Kunden und die Umwelt.

Big Data im Energiebereich: Warum es darauf ankommt

Sowohl für Kunden als auch für Versorgungsunternehmen ist es nicht nur die Fähigkeit dieser Technologien, große Mengen von Big Data zu sammeln und zu verwalten, sondern es ist die Fähigkeit, all diese Daten zu nutzen und zu verstehen, um die Stromnutzung zu optimieren und Abläufe zu informieren. Big Data ist der Schlüssel zu folgenden Aufgaben:

Integrieren Sie erneuerbare und alternative Energiequellen besser in Versorgungsunternehmen, indem Sie lernen, Unregelmäßigkeiten vorherzusagen und zu verwalten und eine Vielzahl kleiner Beiträge von Prosumenten ins Gleichgewicht zu bringen.
Schützen Sie die Verbraucher, indem Sie Ausfälle antizipieren und Ressourcen in Sekundenbruchteilen umlenken – und nicht erst, nachdem alles gefallen ist.
Sparen Sie sowohl für Unternehmen als auch für Verbraucher Geld, indem Sie digital aus vergangenen Aktivitäten lernen und dieses Intel nutzen, um das Tagesgeschäft besser zu verwalten und zu automatisieren.
Bieten Sie schnelle, handlungsrelevante Erkenntnisse, mit denen Versorgungsunternehmen in einem zunehmend wettbewerbsorientierten Umfeld fundierte und schnelle Entscheidungen treffen können.

Wie sich die Versorgungswirtschaft heute auf das intelligente Netz der Zukunft vorbereitet

Es steht außer Frage, dass sich die Zukunft der Energie in Richtung einer stärker dezentralisierten, flexiblen und nachhaltigen Energieversorgung entwickelt. Aber wir sprechen von einer globalen Industrie, die über ein Jahrhundert alt ist – und oft auf Infrastrukturen aus fast so langer Zeit angewiesen sein muss, um Milliarden von Menschen und ihren sich rasch ändernden Anforderungen zu bedienen.

Weitere Herausforderungen sind komplexe gesetzliche Änderungen, der Aufstieg von Prosumenten und neue Start-ups, die in deregulierten Regionen entstehen. Wie bei jedem Geschäfts- und Digitalisierungsprozess beginnt der Umstieg auf ein intelligenteres Netzmanagement mit ein paar vorsichtigen Schritten, bevor er in einen Betrieb übergeht. Die Technologien für die Versorgungswirtschaft sind zweifellos Vorreiter und ermöglichen die Entwicklung dieses Sektors. Damit es jedoch zu sinnvollen Änderungen kommt, müssen Versorgungsunternehmen starke Kommunikations-, Kundeninteraktions- und Change-Management-Pläne entwickeln, die Folgendes umfassen:

Vermittlung einer Vision des intelligenten Netzes und Abstimmung von Teams und Stakeholdern
Stärkung der Verbraucheraufklärung über die bevorstehenden Veränderungen und Chancen
Gewinnung/Gewinnmotivation für Verbraucher, Prosumenten und potenzielle Vertriebspartner
Entwicklung von Kennzahlen zur Überwachung der Fortschritte bei der Umsetzung und Wirksamkeit intelligenter Netze
Berücksichtigung des Kundenerlebnisses und der Kundenbindung angesichts des zusätzlichen Wettbewerbs und der Dezentralisierung eines intelligenten Energiemarkts

Der erste Schritt auf diesem Weg besteht darin, mit Teamleitern und Fachexperten in Ihrem gesamten Unternehmen zu kommunizieren, Silowände zu zerbrechen und die Fülle an Informationen zu finden, die oft darin verborgen sind. Schauen Sie sich dann an, wie Sie intelligente Technologien implementieren können, um Ihr Unternehmen voranzubringen.

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