Smart City: Intelligenter Umgang mit der Ressource „Energie“

March 8, 2018
Smart City: Intelligenter Umgang mit der Ressource „Energie“

 Beitrag von Matthias Schorer, Lead Business Development Manager, IoT, EMEA bei VMware

Die Entwicklung von Smart-City-Konzepten ist eine multidisziplinäre Aufgabe mit vielen Herausforderungen, die aber auch ebenso vielen Chancen bietet, bestehende urbane Probleme in den Griff zu bekommen. Ein gutes Beispiel für die hohe Komplexität ist die Planung intelligenter Energiesysteme. Denn hier gilt es Entwicklungen aus unterschiedlichen Bereichen so clever miteinander zu verbinden, dass nicht neue Probleme entstehen, sondern alte gelöst werden.

 

Bei der Konzeption der „intelligenten Stadt von morgen“ müssen vielfältige Entwicklungen berücksichtigt werden. In zahlreichen Bereichen wie Transport und Logistik, Gebäude-Management, Gesundheitswesen, Öffentliche Verwaltung und Bürger-Service, Bildung, Einzelhandel sowie Tourismus hat die Digitalisierung bereits Veränderungen in Gang gesetzt, die sich in einem Smart-City-Konzept wiederfinden müssen. Neben der Transformation in den einzelnen Bereichen gibt es aber auch übergreifende Themen, die das Rückgrat einer digitalisierten Stadt darstellen werden. Dazu gehört neben der Mobilität ohne Frage auch die Energiewirtschaft. An diesem Beispiel wird zudem deutlich, dass wir verschiedene Ebenen beachten müssen: Erzeugung, Verteilung und Verbrauch müssen perfekt aufeinander abgestimmt werden, damit die Smart City am Ende intelligent mit unseren Ressourcen umgeht.

Dezentralisierung der Energieversorgung

Interessant ist der Energiebereich auch deshalb, weil sich die Energiewirtschaft schon mitten in der Transformation befindet. Spätestens mit der Nuklearkatastrophe von Fukushima, bei der im März 2011 auf schmerzhafte Art und Weise deutlich wurde, dass wir die Atomenergie nicht zu 100 Prozent beherrschen können, hat in vielen Ländern ein Umdenken eingesetzt. Zwar verzichtet Japan trotz der Katastrophe im eigenen Land auch weiterhin nicht auf Kernenergie, doch gleichzeitig wurde durch eine Marktliberalisierung eine wichtige Weichenstellung für eine Energiereform vorgenommen. Spätestens zu den Olympischen Spiele 2020 in Tokyo soll ein intelligentes Stromnetz flächendeckend im Einsatz sein.

Auch in Deutschland hat die Entwicklung einer „Energiewirtschaft der Zukunft“ bereits begonnen. Mit dem nur wenige Monate nach Fukushima beschlossenen stufenweisen Atomausstieg bis 2022 wurde von der Bundesregierung eine grundlegende Energiewende eingeleitet. In Zukunft werden uns nicht mehr wenige Großkraftwerke mit der nötigen Energie versorgen, sondern sehr viele kleine dezentrale Energieerzeuger. Die Konsequenz: Wir brauchen ein komplett neues intelligentes Energieversorgungssystem. Die Anforderungen an das neue System sind sehr komplex, da nicht nur die Zahl der Energieerzeuger sprunghaft steigt, sondern die Energiegewinnung selbst zur Variablen wird. Bislang wird in etwa die Energie erzeugt, die wir auch verbrauchen. Künftig werden wir es dagegen mit starken Schwankungen in der Erzeugung und im Verbrauch zu tun haben. Das bringt ganz neue Herausforderungen mit sich, auf die wir uns einstellen müssen.

Elektroautos als Energiespeicher

Wir müssen einerseits lernen, wie wir mit der Ressource Energie möglichst effizient umgehen. Dazu gehört unter anderem auch, dass energieintensive Prozesse intelligent verteilt werden. Anderseits brauchen wir aber auch neue Energiespeicher, die überschüssige Energie aufnehmen und bei Bedarf auch wieder abgeben können. Wie das konkret aussehen könnte, erprobt beispielsweise der japanische Automobilhersteller Toyota in „Ecoful Town“. Hier stehen bereits intelligente Wohnhäuser mit einem „Home Energy Management System“ (HEMS), in das auch E-Autos integriert werden können. Sie verfügen über bidirektionale Ladeverbindungen und können je nach Energiestatus des Hauses als Speicher oder Lieferant fungieren.

Denken wir dieses „Vehicle-to-Grid“ genannte Prinzip konsequent weiter, so könnten die Elektroautos zu einem sehr wichtigen Puffer für die Energieversorgung einer Smart City werden. Bei einer Umstellung der kompletten Fahrzeugflotte einer Stadt auf den E-Antrieb und die Integration in das Energiesystem, stünde ein enormer Batteriespeicher zur Verfügung, der die natürlichen Schwankungen abfangen könnte. Dafür brauchen wir aber dringend einen verbindlichen bidirektionalen Ladestandard, der den Stromfluss in beide Richtungen mit hohen Ladegeschwindigkeiten erlaubt. Wie schwierig das wird, zeigt die augenblickliche Situation. Neben dem in Nordamerika und Europa verbreiteten Combined Charging System (CCS) mit zwei verschiedenen Stecker-Typen, kommt aus Japan das Schnellladesystem CHAdeMo. Die Bezeichnung ist eine Abkürzung von „Ocha demo ikaga desuka“ – was in etwa bedeutet „Wie wärs mit einer Tasse Tee?“. In dieser Zeit (15-30 Minuten) soll ein leer gefahrenes Elektroauto zu 80 Prozent aufgeladen werden.

Mehr Effizienz!

Wir müssen uns aber nicht nur über die Produktion und Speicherung von Energie Gedanken machen, sondern auch um den Verbrauch. Unternehmen, öffentliche Einrichtungen sowie private Haushalte können viel dazu beitragen, dass die Stadt von morgen effizienter mit der Ressource Energie umgeht. Das Internet of Things (IoT) liefert dafür die nötigen Daten, die von lernenden Systemen für die Steuerung und Planung des Energieverbrauchs genutzt werden. Das hat beispielsweise Auswirkungen auf hochautomatisierte Industrien mit hohem Energiebedarf. Dort wird dann genau zu den Zeiten produziert, zu denen am meisten Energie zur Verfügung steht. Aber auch jeder Einzelne kann durch das eigene Handeln seinen Teil beitragen, denn zu einer Smart City gehören am Ende auch intelligent handelnde Bewohner.

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