Author: Scott Foster

Stärkung der Widerstandsfähigkeit intelligenter Stromnetze

In der sich schnell wandelnden digitalen Landschaft der heutigen Zeit wird es zunehmend schwieriger, die volle Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit des Smart Grids sicherzustellen. Wie stellen wir sicher, dass das System nach einem Ausfall „zurückfedern“ und sich effektiv erholen kann? Die rasante Verbreitung des Internets der Dinge (IoT) hat eine Vielzahl intelligenter Geräte und Produkte hervorgebracht, die eine stärkere Vernetzung ermöglichen. In Kombination mit veralteter Infrastruktur hat dies die Anfälligkeit des Stromnetzes für mögliche Ausfälle und böswillige Angriffe erhöht.

Diese Herausforderung der Widerstandsfähigkeit zeigte sich zuletzt nach Hurrikan Harvey in Houston, Hurrikan Maria in Puerto Rico und sogar nach Superstorm Sandy im Jahr 2012, als Millionen Menschen tagelang ohne Strom waren. Im Fall von Puerto Rico sind mehr als 450.000 Menschen weiterhin ohne Strom, inzwischen vier Monate nach dem Sturm. Solche Ausfälle haben einen hohen Preis: Eine Studie des US-Energieministeriums aus dem Jahr 2013 ergab, dass durch Extremwetter verursachte Stromausfälle zwischen 2003 und 2012 durchschnittliche gesamtwirtschaftliche Kosten von 18 bis 33 Milliarden US-Dollar verursachten. Berücksichtigt man dies zusammen mit der wachsenden Sorge um die Cybersicherheit des Stromnetzes, wobei das US-Energieministerium darauf hinweist, dass das Stromsystem durch Cyberangriffe „unmittelbarer Gefahr“ ausgesetzt ist, überrascht es nicht, dass die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes für Versorgungsunternehmen oberste Priorität haben sollte.

Um das volle Potenzial des Smart Grids auszuschöpfen, müssen Investitionen in widerstandsfähigere Infrastruktur und Technologielösungen getätigt werden, die die Resilienz des Netzes gegenüber ungeplanten Ereignissen stärken, von Wetterereignissen bis hin zu Sicherheitsbedrohungen. Ein entscheidender Bestandteil dabei ist die Berücksichtigung innovativer Technologielösungen, die die Leistung in Echtzeit bewerten und die Informationen bereitstellen können, die erforderlich sind, um bei einem Problem proaktiv, effizient und wirksam zu handeln.

Unser Delta Smart Grid Network (DSGN™) beispielsweise bietet Echtzeitdatenfunktionen und aktive IoT-Geräteintegration überall dort, wo Strom vorhanden ist. Das Netzwerk kann Versorgungsunternehmen über unsere cloudbasierte Analyseplattform verwertbare Daten und Einblicke in ihre Systeme sowie deren Betriebsweise liefern.

Diese Infrastruktur ermöglicht es Versorgungsunternehmen, Probleme leichter zu erkennen und sofort Maßnahmen zu ergreifen, unabhängig davon, ob diese durch Naturkatastrophen, Cyberangriffe oder andere Ursachen entstehen. Wenn beispielsweise ein Stromausfall gemeldet wird, kann ein Versorgungsunternehmen den Ort des Problems schnell identifizieren, was normalerweise ein zeitaufwendiger, manueller Prozess ist. Durch diese verbesserte Sichtbarkeit werden Versorgungsunternehmen handlungsfähiger, und die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes wird entsprechend verbessert.

Eine weitere Lösung zur Stärkung der Netzresilienz könnte in der Berücksichtigung dezentraler Energie, Energiespeicherung und Microgrids liegen. Ein Beispiel aus Hurrikan Harvey zeigt, dass mehr als ein Dutzend H-E-B-Filialen in Houston ihre Beleuchtung und Ressourcen für die jeweiligen Gemeinden aufrechterhalten konnten, weil sie über erdgasbetriebene Microgrids verfügten.

Die Bedrohung durch einen elektromagnetischen Impuls (EMP) ist für die meisten kein präsentes Thema, aber für den langfristigen Schutz und das Überleben des modernen Stromnetzes von entscheidender Bedeutung. Was also ist ein EMP? Ein EMP ist „ein intensiver Ausbruch elektromagnetischer Energie, der durch eine abrupte, schnelle Beschleunigung geladener Teilchen, in der Regel Elektronen, verursacht wird.“[1] Die Ursachen für einen EMP können natürlich sein (z. B. ein solarer Supersturm) oder ein kriegerischer Akt (z. B. ein nukleares Ereignis oder eine Wasserstoffbombe). In beiden Fällen ist das Potenzial eines EMP, das Stromnetz über ein großes geografisches Gebiet lahmzulegen, enorm – und potenziell katastrophal. Die Bedrohung für das Stromnetz ist real. Solare Superstürme ereignen sich alle 100-150 Jahre, und es ist nur eine Frage der Zeit, bis wieder einer die Erde trifft. Andererseits steht die Bedrohung durch einen nuklearen EMP im Einklang mit unserer fragilen Gesellschaft, in der wir uns für absolut alles auf Elektrizität verlassen. Schurkenstaaten könnten einen EMP-Angriff nutzen, um die heimische Infrastruktur zum Einsturz zu bringen. Ein solcher Angriff würde dazu führen, dass kritische Infrastrukturen negativ beeinflusst werden (z. B. Kommunikation, Bankwesen, Transport, Nahrung, Wasser usw.); unsere über 100 Reaktoren würden nicht gekühlt werden; die Wasserversorgung würde sofort ausfallen; und die Lebensmittelversorgung wäre unzureichend. Im Wesentlichen würde ein EMP-Ereignis, sei es natürlich oder als kriegerischer Akt, das nordamerikanische Stromnetz für ein Jahr lahmlegen – in dieser Zeit könnten 90 % der Bevölkerung an Hunger und Krankheiten sterben. Der Schutz des nordamerikanischen Stromnetzes vor den verheerendsten Folgen einer EMP-Störung oder eines Angriffs ist einfach und würde in seiner grundlegendsten Form nur minimale Ressourcen erfordern. Laut Anthony Furey könnten „nur 8 Cent pro Monat (weniger als 1 US-Dollar pro Jahr), die jedem privaten Stromverbraucher über einen Zeitraum von fünf Jahren in Rechnung gestellt werden, ausreichen, um die grundlegenden nationalen Schutzmaßnahmen für unser Stromnetz zu gewährleisten.“[2] Zu diesen Schutzmaßnahmen gehören der Wechsel von Kupferkabeln zu Glasfaserkabeln[3] und die Installation von Elementen wie Faradayschen Käfigen, Überspannungsableitern, Sperrvorrichtungen und weltraumgestützten Abfangsystemen. Natürlich ist die Entscheidung, das gesamte Stromnetz gegen die Bedrohung durch einen EMP zu härten, eine komplizierte Angelegenheit, die viele Ebenen der Unterstützung erfordert. In der Zwischenzeit erwägen wir daher die geeigneten Maßnahmen, um sicherzustellen, dass das Delta Smart Grid Network™ so gut wie möglich auf alle EMP-Ereignisse vorbereitet ist.  

Der globale Trend zu Smart Cities nimmt weiter zu. Die Vorteile der Integration des Internets der Dinge (IoT) in die stadtweite Infrastruktur sind weithin anerkannt. Der beste Weg, eine Stadt in eine Smart City umzuwandeln, ist jedoch variabler. Lösungsanbieter, die unterschiedliche Strategien, Ansätze und Techniken präsentieren, wetteifern um die Aufmerksamkeit der städtischen Entscheidungsträger. Eines haben sie alle gemeinsam: die Bedeutung eines stadtweiten Netzwerks zur Unterstützung der IoT-Geräte, die eine Stadt intelligenter machen. Nur mit einem einzigen, skalierbaren Netzwerk, das nicht in seiner Bandbreite begrenzt ist und das Rückgrat bildet, wird eine Smart-City-Umsetzung ihr höchstes Potenzial entfalten. Die Fähigkeit, verschiedene Arten von elektronischen Datenerfassungssensoren zu verwenden, um Informationen zu liefern, die dann zur effizienten Verwaltung von Anlagen und Ressourcen genutzt werden, ist entscheidend. Mit einem einzigen Netzwerk, wie dem Delta Smart Grid Network, ist dies möglich. Die Lösung von Delta nutzt dieselbe Strategie wie die heutigen Smartphones, die auf innovative Weise mehrere zweckmäßige Produkte in einem einzigen, außerordentlich leistungsfähigen Gerät vereinen – sie führt Smart-Grid-Infrastruktur, WLAN-Mesh-Netzwerke und verbraucherorientierte digitale Geräte in einer einzigen, standardisierten und zentralisierten Smart-City-Netzwerklösung zusammen. Dieses resultierende Netzwerk wird zur Kommunikationsinfrastruktur, über die sich alle IoT-Smart-City-Geräte verbinden können. Damit wird die Tür für eine effiziente und effektive Smart-City-Lösung geöffnet.  

Der Wi-Fi-Standard der nächsten Generation, IEEE 802.11ax – von der Wi-Fi Alliance als „Wi-Fi 6“ bezeichnet – verspricht schnellere Verbindungen und eine bessere Leistung. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ist der weltweit größte Verband von Fachleuten aus den Bereichen Technik, der sich auf die bildungspolitische und technische Weiterentwicklung der Elektrotechnik, Elektronik, Telekommunikation, Computertechnik und verwandter Disziplinen konzentriert. Innerhalb des IEEE entwickelt die Standards Association (IEEE-SA) globale Standards für eine Vielzahl von Branchen, darunter: Energie- und Energiewirtschaft, Informationstechnologie, Telekommunikation und viele mehr. Diese Standards werden auf offene und faire Weise entwickelt, die auf dem Konsens von Fachexperten aus der ganzen Welt beruht. Ein spezieller Standard, 802.11, betrifft die drahtlose Vernetzung – auch bekannt als „Wi-Fi“. Bisher gab es mehrere Iterationen der Wi-Fi-Standards, die in verschiedenen Branchen verwendet werden. Der neueste Standard, der entwickelt wird, ist Wi-Fi 6 (802.11ax). Wi-Fi-6-Netzwerke werden die Kapazität, Abdeckung und Leistung bieten, die von den Nutzern benötigt wird, selbst wenn die Netzwerke durch viele verbundene Geräte überlastet sind. Laut der Wi-Fi Alliance werden die Hauptvorteile dieser Technologie der nächsten Generation höhere Datenraten, eine erhöhte Kapazität, eine verbesserte Leistung in Umgebungen mit vielen verbundenen Geräten und eine verbesserte Energieeffizienz sein. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Standards noch nicht vollständig sind. Obwohl Teile als Entwürfe veröffentlicht wurden, hat das IEEE die endgültigen Versionen noch nicht publiziert. Folglich basiert jedes Gerät auf dem Markt, das behauptet, auf 802.11ax zu basieren oder Wi-Fi 6 zu unterstützen, auf Entwurfsstandards, die sich noch ändern können. Ebenfalls wichtig ist, dass nicht jeder die Veränderung der Netzwerkleistung bemerken wird. Wie immer müssen sowohl das Gerät, das das Wi-Fi-Signal sendet, als auch das Gerät, das es empfängt, den Standard unterstützen, um die Vorteile tatsächlich zu erleben. Wenn beispielsweise sowohl Ihr WLAN-Router als auch Ihr Gerät, sagen wir ein Tablet, Wi-Fi 6 unterstützen, können Sie die Vorteile des fortschrittlicheren Netzwerks nutzen. Wenn Ihr Router jedoch Wi-Fi 6 unterstützt, Ihr Gerät aber nicht, wie zum Beispiel ein Laptop, den Sie heute besitzen, dann sind Sie auf das vom Gerät unterstützte Wi-Fi-Erlebnis beschränkt. Dennoch wird die Abwärtskompatibilität sicherlich in Netzwerkprodukte integriert sein, die Wi-Fi 6 unterstützen, um sicherzustellen, dass ältere Geräte auch bei der Ausführung dieses neuen Protokolls weiterhin funktionieren. Auch wenn die Technologie heute noch nicht vollständig auf dem Markt verfügbar ist, sind die Versprechen dessen, was sie bringen wird, sicherlich aufregend!