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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.

Der Arbeitstag eines Außendiensttechnikers eines Versorgungsunternehmens ist von häufigem Anhalten und Starten geprägt, um auf das Verteilsystem zuzugreifen und es zu bewerten – und das Versorgungsunternehmen trägt die Last dessen, was passiert, wenn die Ressourcen überlastet sind. Wie kann sichergestellt werden, dass die richtigen Daten der richtigen Person im richtigen Format zur richtigen Zeit und am richtigen Ort zur Verfügung stehen, damit die aus diesen Daten gewonnenen Erkenntnisse einen praktischen Nutzen bringen? Eine Möglichkeit besteht darin, die Außendienstmitarbeiter des Versorgungsunternehmens mit Augmented-Reality-Tools (AR) auszustatten. Durch die Ausstattung des Außendienstpersonals mit AR-Tools können Versorgungsunternehmen Vorgänge wie die Zustandsbewertung von Anlagen, die Überprüfung von Servicedokumentationen, Zusammenfassungen von Reparaturbedarf, Reparaturqualifizierungsmaßnahmen, die Priorisierung von Arbeitsaufträgen, die Routenplanung und mehr optimieren. Ein Beispiel für den Einsatz von AR zur Effizienzsteigerung wird in einem <a href="https://www.epri.com/research/products/3002011041">Proof of Concept aus dem Jahr 2017</a> zwischen dem Electric Power Research Institute (EPRI) und Duke Energy demonstriert, bei dem der Einsatz von Augmented Reality zur Bewertung von Sturmschäden getestet wurde. In dem Projekt trugen die Außendienstmitarbeiter eine Head-up-Display-Einheit (HUD) mit einem monokularen Bildschirm, der wichtige Informationen lieferte, um die Bewertungen präzise und konsistent zu halten. Dieser Bildschirm überlagerte Informationen im Sichtfeld des Benutzers und verbesserte so seine Fähigkeit, handlungsrelevante Daten zum jeweiligen Thema in Echtzeit zu visualisieren. Die Außendienstteams äußerten sich sehr positiv über ihre Erfahrungen, und Duke Energy berechnete, dass bei einem typischen 4-tägigen Ausfall, der 250.000 Kunden betrifft, der Einsatz von AR etwa 12 Stunden Wiederherstellungszeit einsparen würde – oder 8,25 Mio. US-Dollar für Kunden mit einem durchschnittlichen Stromverbrauch von 900 kWh pro Monat. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für AR ist die allgemeine Wartung und Reparatur. Augmented Reality könnte wichtige Leistungsdaten in das Sichtfeld eines Servicetechnikers einblenden, sodass dieser den Zustand einer Anlage sofort beurteilen kann. Wenn man beispielsweise die Last, die Temperatur und den Ölstand eines Transformators durch einen einfachen Blick mit einem AR-Gerät erkennen könnte, würde dies die Identifizierung von Problemen beschleunigen. Diese AR-Fähigkeit würde es einem Außendiensttechniker ermöglichen, Serviceeinsätze an mehreren Anlagen in seinem Sichtfeld sofort zu priorisieren, ohne traditionelle, tastaturbasierte Feldgeräte öffnen, einschalten und abfragen zu müssen. Es ist wichtig zu beachten, dass es laut der EPRI-Literaturübersicht von 2018 über „Human Factors“-Themen in der Elektrizitätswirtschaft immer noch einen Mangel an Forschung zu menschlichen Faktoren und Arbeitssicherheit für AR-Geräte gibt. Daher fehlen Richtlinien für die angemessene Nutzungsdauer für einen sicheren und effektiven AR-Einsatz. Da dies zutrifft, werden mit dem Fortschreiten der Technologie und den weiteren Experimenten der Stromversorger mehr Informationen verfügbar werden. Ähnlich wie in anderen angrenzenden Märkten erwarten wir eine zunehmende Akzeptanz dieser spannenden Benutzeroberflächenmethodik.

Die Hauptabsicht von Microgrids, also kleinen Stromnetzen, die unabhängig oder in Verbindung mit dem Hauptstromnetz einer Region betrieben werden können, besteht darin, dass sie sich im Falle eines Ausfalls des zentralen Netzes selbst versorgen und unabhängig arbeiten können. In letzter Zeit sind sie als potenzielle Lösung zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes nach großen Naturkatastrophen – wie Hurrikan Maria im letzten Jahr und Supersturm Sandy 2012 – in den Mittelpunkt gerückt. Ihre Fähigkeit, sich bei Bedarf vollständig vom Netz zu trennen und unabhängig zu arbeiten, ist für diejenigen verlockend, die die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes erhöhen wollen, aber sie sind nur ein Teil einer vielschichtigen Lösung, um zukünftige Netzausfälle zu verhindern. Microgrids entstehen überall in den USA, und auch außerhalb der USA gewinnen sie zunehmend an Aufmerksamkeit – insbesondere in Entwicklungsländern, in denen es möglicherweise keine Netzstromversorgung gibt und Microgrids eine sichere und zuverlässige Alternative bieten. Tatsächlich zeigt ein aktueller Bericht von IDC, dass „bis 2020 die Schwellenländer die größten Wachstumschancen für Microgrids bieten werden, was den Bedarf an großen Übertragungssystemen reduziert und für bis zu 25 Prozent der Versorgungsunternehmen weltweit neue Einnahmequellen in Form von Microgrid as a Service (MaaS) schafft.“ Unabhängig vom Standort wird eine Kombination aus Microgrids, Smart-Grid-Technologien, dezentralen Erzeugungsressourcen sowie Betriebsanalytik und -intelligenz dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit des Netzes zu verbessern. Trotz der vielen Möglichkeiten, die Microgrids bieten, sind sie nur ein Teil des Puzzles im Kampf gegen die Mängel des Gesamtnetzes und zukünftige Ausfälle. Es herrscht das weit verbreitete Missverständnis, dass Microgrids allein ein Ersatz für das größere Stromnetz sein können. Aber letztendlich, wenn ein Microgrid mehr als ein Gebäude versorgt, stützt es sich auf einen Großteil desselben Netzes, das wir heute nutzen. Stattdessen müssen wir die Chancen, die Microgrids bieten, nutzen, indem wir eine Kombination von Lösungen in Betracht ziehen, die harmonisch zusammenwirken – Microgrids, Smart-Grid-Technologien, dezentrale Erzeugungsressourcen sowie Betriebsanalytik und -intelligenz. Die Integration von Smart-Grid-Technologien, Betriebsanalytik und -intelligenz ist entscheidend, um die Effektivität des Microgrids zu steigern und Einblicke in diese Schlüsselbereiche zu ermöglichen. Es ist klar, dass die Beliebtheit von Microgrids weiter zunehmen wird, da die Bedenken hinsichtlich der allgemeinen Widerstandsfähigkeit des Netzes anhalten. Microgrids allein sind jedoch nicht die Lösung für die Herausforderungen, vor denen das Stromnetz steht. Die Implementierung von Analyse- und Intelligenzlösungen zur Verbesserung der Rentabilität des Microgrids wird uns auf den richtigen Weg zu einem widerstandsfähigeren und effizienteren Netz bringen, das besser vor potenziellen Ausfällen schützen kann.