Schnittstellen für das Energiezeitalter

Darum engagiert sich ein Konzern bei der Digitalisierung des Energiesystems und Technologien für Erneuerbare? Zweifelsfrei ist hier viel Geschäft enthalten. Aber es geht nicht nur um Umsatz. »Die fünf weltweit wärmsten Jahre seit 1880 gab es in dieser Dekade. Der langfristig beobachtete Temperaturanstieg hält an und viele Klimaforscher sagen: der Grund dafür ist der Mensch«, betont Siemens-Vorstand Cedrik Neike anlässlich der Branchenmesse European Utility Week im November in Wien. Der Rekordsommer in Europa brachte selbst die Atomkraftwerke zum Schwitzen, die aufgrund von Wasserknappheit die Erzeugung herunterschrauben mussten.

Die Sorge um die Zukunft ist groß. Kann die weltweite Klimaerwärmung überhaupt noch bis Ende des Jahrhunderts auf 1,5 Grad beschränkt werden? »Als Technologieunternehmen behaupten wir: Wir können dem Temperaturanstieg entgegenwirken«, verspricht Neike. Dennoch mache das Wachstum der Weltbevölkerung diese Aufgabe nicht einfacher. Im Jahr 2100 werden auf der Erde rund elf Milliarden Menschen leben, 70 % davon in Städten. Wenn Maßnahmen für Energieeffizienz ergriffen werden sollen, dann in den Städten – und das nicht nur in Europa. Der Siemens-Manager ist von einer Industriekonferenz in Jakarta nach Wien gereist. Die indonesische Hauptstadt hat mit rund 9,5 Millionen Einwohnern eine Bevölkerungsgröße annähernd vergleichbar mit New York. Die US-Metropole verbucht aber einen 24-mal höheren Energiekonsum. Auch wenn die USA hier einen enormen Fußabdruck haben: Städte weltweit sind für 80 % der CO2-Emissionen verantwortlich.

Der EU-Raum hat derzeit einen Energiebedarf von 12.000 TWh, nur 30 % davon sind elektrisch. Der Großteil des Verbrauchs für Wärme und Mobilität passiert fernab klimaneutraler Erzeugung, das Potenzial ist immens. »Mit der Kopplung der Sektoren werden unterschiedliche Bereiche in der Wirtschaft elektrifiziert«, erwartet Neike. In dieser Wegrichtung rechnen Experten mit nahezu einer Verdoppelung des weltweiten Bedarfs an elektrischer Energie bis 2040 auf 40.000 TWh (Stand 2016: 24.000 TWh weltweit). »Egal ob Asien, Europa oder USA: Jeder strebt heute die Dekarbonisierung an.«

Der Umstieg auf Erneuerbare löst aber auch Veränderung in den Netzen aus. Speicher und E-Mobilität sind zwei große Herausforderungen von vielen. Dezentralisierung und Digitalisierung heben die verteilte Erzeugung in eine Höhe, die vor wenigen Jahrzehnten noch unvorstellbar war. Allein in Deutschland gibt es 1,7 Millionen »Prosumer« mit Eigenversorgung. Nur smarte Lösungen auch im Netzbereich können diese verteilten Strukturen effizient managen.

Für Cedrik Neike ist der Dreh- und Angelpunkt der Energiewende dennoch das Gebäude. 40 % der gesamten Elektrizität weltweit werden Berechnungen zufolge in Gebäuden verbraucht, rund ein Drittel davon geht ungenützt verloren. Mit der Bündelung zweier Unternehmensbereiche in der Konzernsparte »Smart Infrastructure«, der Neike ab 1. April 2019 als CEO vorsteht, werden bei Siemens künftig Stromnetze, Infrastruktur und Gebäudetechnologien vereint.

Die Seestadt Aspern ist ein Leuchtturmprojekt dieser Stadt der Zukunft, in der Wohnungen, Schulen, Büros und Fabriken zu einem einheitlichen Pool bis hin zu Optimierungsmaßnahmen für den Verkehr und Speicher zusammengefasst werden. Während dies in Wien auf der grünen Wiese passiert, soll nun auch die Siemensstadt in Berlin zu einem Innovationscampus ausgebaut werden. Ein Areal von einer Million Quadratmetern Größe wird in den kommenden Jahren so klimafreundlich und energieeffizient wie nur möglich umgerüstet und modernisiert.

Bild oben: Cedrik Neike, Siemens: »Klimaziele und ein rasantes Bevölkerungswachstum – das ist herausfordernd, aber technisch möglich.«

Kein Silodenken

»Die Dekarbonisierung kann nur Hand in Hand mit einer Elektrifizierung erfolgen«, ist auch Thomas Zimmermann, CEO der Einheit Digital Grid bei Siemens, überzeugt. Die Welt hat sich gedreht: Der Konsum von Strom folgt nun der Erzeugung – etwa aus Photovoltaik – und nicht mehr umgekehrt. »So etwas ist nur mit einer Verknüpfung von Systemen und Komponenten möglich«, spricht Zimmermann vom »Industrial Internet of Things«, das größten Wert auf Sicherheit und Robustheit legt. Siemens managt heute 80 Mio. Smart Meters bei seinen Kunden. Das ist auch die Basis für die Transparenz, die in der neuen Energiewelt nötig ist. »In der Vergangenheit wurden nur 5 % der Daten von Transformatoren, Schutzgeräten oder aus der Schalttechnik zentralisiert und über SCADA-Systeme verwendet. Warum nicht auch die restlichen 95 % nutzbar machen?«, fragt der Energietechniker.

Augen und Ohren der Technik sinnbringend auf eine übergeordnete Managementebene zu bringen – im Fall von Siemens passiert dies über die cloudbasierte Plattform »MindSphere«. Dabei sollen von Produktivsystemen unabhängige Schnittstellen die sichere Datenübermittlung nach außen garantieren. Dank des Industriestandards OPC UA Pub/Sub, der von Siemens gemeinsam mit dem Mitbewerb vorangetrieben wird, könne »niemand Geräte manipulieren. Es gibt nur diese eine Richtung«, sagt Zimmermann. Bereits in Anlagen verbaute Automatisierungs- und Schutzgeräte können über Firmware-Updates dahingehend ertüchtigt werden. Gleichzeitig will man  mit der neuen Konnektivität das Entstehen von Datensilos vermeiden.

Werkzeugkasten für Netze

Bild oben: Thomas Zimmermann, Siemens: »Dekarbonisierung funktioniert nur gemeinsam mit Elektrifizierung der Systeme.«

Auch die »Grid Diagnostic Suite« von Siemens spricht OPC UA Pub/Sub. Sie wird eingesetzt, um die Verfügbarkeit und Servicequalität für Stromnetze zu erhöhen. Mit der Analyse eines Netzstatus, dem Erkennen von Anomalien und der schnellen Fehlerortung sollen Ausfallszeiten massiv verkürzt werden. »Ein Einsatzfall ist die Versorgung mit Ladepunkten für Elektoautos. Wenn drei Teslas in einer Straße gleichzeitig laden, mag das noch zu stemmen sein. Bei zehn Fahrzeugen am Stück sieht das vielleicht anders aus«, wirbt Zimmermann für intelligente Lastensteuerungen in Ortsnetzen – etwa bei zeitversetzten Ladungen. »Die Technologie dafür gibt es bereits.«

Nächste Generation der Freileitungsinspektion

Bei der European Utility Week 2018 hat Siemens »Sieaero« vorgestellt, eine Dienstleistung für die Inspektion von Freileitungen. Dabei werden erstmals künstliche Intelligenz und unbemannte Luftfahrzeuge – sogenannte UAVs – mit einer großen Reichweite zur Inspektion von Übertragungsleitungen genutzt. Ein hochauflösendes Multisensor-System ermöglicht die Aufzeichnung aller benötigten Daten mit nur einem Flug, was eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Flüge und des Inspektionsaufwands zur Folge hat. Was Sieaero, das ausschließlich als Service angeboten wird, von einer konventionellen Freileitungsinspektion unterscheidet, sind die vollständige Automatisierung sowie die höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit. Der Service ist das Ergebnis einer 2016 begonnenen Entwicklungszusammenarbeit mit den Übertragungsnetzbetreibern TenneT und APG. Siemens setzt bei der Durchführung auf Fluggeräte von Schiebel. Mittels Deep Learning wird eine vollautomatische Erkennung und Bewertung von Fehlern und Problemen entlang der Leitungen ermöglicht. Die hier verwendeten 3D-Lidar-Sensoren haben eine Auflösung von 120 Punkten pro Quadratmeter, während der Industriestandard bei rund 30 Punkten pro Quadratmeter liegt. Weiter sind je fünf Kameras mit jeweils 100 Megapixel Genauigkeit an Bord, ebenso Infrarot- und Koronasensoren.