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Internet of Things:

Wenn das Windrad mit der Cloud spricht

Der etwas andere Netzausbau oder wie das „Internet of Things“ die Versorgungsnetze intelligenter macht.

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© Merle Schenker / BDEW

Wetterballons gehörten zu den ersten vernetzten Geräten. Bereits vor mehr als 90 Jahren sendeten sie über Radiosonden – in Echtzeit übrigens – Temperaturdaten an Wetterstationen. Heute werden Geräte über das Internet vernetzt: das „Internet of Things“ (IoT). „Damit sie sich miteinander verbinden können, brauchen sie oft nur einen kleinen Chip für unter zehn Euro und eine Internet-Plattform, die die Daten einsammelt“, sagt Prof. Jörg Böttcher von der Universität der Bundeswehr München, der 2018 eine Studie zur Anbindung eigener Geräte an das IoT herausgab.

Die Übertragung der Daten ist auf verschiedenen Wegen möglich. So lassen sich smarte Geräte im Haushalt gut über das heimische WLAN mit dem Internet verbinden. Ist ein räumlich flexibler Internetzugang gewünscht, wäre das Mobilfunknetz ideal. Doch brauchen die riesigen Datenmengen des IoT ein Breitbandnetz. Da ein flächendeckendes 5G- oder sogar 6G-Netz in Deutschland noch Zukunftsmusik ist, bieten zum Beispiel das Schmalbandnetz (Narrowband)  oder das „Long Range Wide Area Network“ (LoRaWAN) interessante Alternativen zur Ferndatenübertragung im IoT.



Diese Technologien verwandeln Wohnungen in Smart Homes und Industrieanlagen ins „Industrial Internet of Things“ (IIoT). Sie bringen E-Health ins Gesundheitswesen und autonome Fahrzeuge auf die Straße. Für Energienetze hat das Internet der Dinge besonderes Potenzial. Denn der physische Ausbau für ein Stromnetz, das jeden zukünftigen Bedarf uneingeschränkt befriedigen kann, wäre unverhältnismäßig teuer. Das IoT bietet stattdessen mehr Flexibilität. Denn die Sensoren lassen sich mit überschaubarem Aufwand installieren und messen bereits geringe Abweichungen. Die Daten werden in Echtzeit in der Leitzentrale angezeigt, drohende Netzausfälle lassen sich so frühzeitig erkennen und vermeiden.

Doch welche Dinge werden dafür vernetzt? Und wie weit sind die Sensoren bereits verbreitet? Wir haben nachgeschaut: 

Intelligente Zähler


Wie funktioniert es? Jeder Haushalt verfügt über verschiedene Zähler, die den Verbrauch von Strom, Wasser oder Gas messen. Sind sie mit dem IoT vernetzt, werden sie Smart Meter genannt und kontrollieren genau, wann wie viel verbraucht und wie viel dafür bezahlt wird. Diese Messwerte werden an den Netzbetreiber übertragen und den Verbraucherinnen und Verbrauchern monatlich zur Verfügung gestellt.  
Was ist das Ziel? Es lassen sich zum Beispiel die Stromfresser unter den Haushaltsgeräten ausmachen und so Einsparpotenziale erkennen. Zudem kann der Stromverbrauch bestimmter, mit dem Zähler vernetzter Geräte in Zeiten günstiger Tarife verlagert werden, um Kosten senken.
Zukunftsmusik oder Realität? Intelligente Zähler sind auf Wunsch bereits erhältlich. Für private Stromerzeuger mit Mini-Blockheizkraftwerken und Photovoltaik-Anlagen ist ihr Einbau sogar schon Pflicht. Bis 2032 muss jeder Zähler in Deutschland zumindest so ausgestattet sein, dass er bei Bedarf mit dem IoT vernetzt werden kann. 

Informative Ortsnetzstationen


Wie funktioniert es? Private Haushalte erhalten ihren Strom über Ortsnetzstationen. Diese Stationen erfassten bisher nur den höchstgemessenen Gesamtverbrauch der Station über einen sogenannten Schleppzeiger, der alle vier Jahre von den Netzbetreibern manuell abgelesen wurde.  Eine intelligente Ortsnetzstation im IoT leistet wesentlich mehr: Sensoren messen die Stromstärke an den Kabeln, über die der Strom zu den Haushalten transportiert wird – und übertragen diese verschlüsselt in Echtzeit, auch Fehlermeldungen. 
Was ist das Ziel? Vernetzte Ortsnetzstationen können etwa 90 Prozent aller Spannungsabweichungen automatisch regulieren.  Zudem liefern sie detaillierte Informationen, wann in welchem Straßenzug wie viel Strom verbraucht wird. Diese Messwerte helfen dem Netzbetreiber bei der gezielten Ausbauplanung des Verteilnetzes. 
Zukunftsmusik oder Realität? Die Netze BW GmbH begann als einer der ersten Verteilnetzbetreiber Deutschlands bereits 2019, großflächig Stromsensoren in ihren Ortsnetzstationen zu installieren.  Auch bei anderen Netzbetreibern, zum Beispiel bei E.ON, wird diese Technologie nun zum Standard. 

Kommunikative Windräder


Wie funktioniert es? Früher mussten Servicetechniker in regelmäßigen Abständen jedes einzelne Windrad erklimmen, um es routinemäßig zu warten. Heute signalisiert der Schmierölsensor, wenn der richtige Zeitpunkt zum Nachfetten gekommen ist.  Die Turbinen sind mit Hunderten von Sensoren ausgestattet, die auch Echtzeit-Informationen zu Windgeschwindigkeit und Stromproduktion der Anlage liefern
Was ist das Ziel? Die punktgenaue Wartung erhöht die Lebensdauer der Anlage, spart Zeit und Emissionen durch Fahrtwege. Die gemessenen Echtzeit-Informationen kann der Energieversorger mit dem aktuellen Verbrauch und der Netzlast abstimmen. Überschüssige Energie kann so in Speichern aufgenommen und bei Windstille genutzt werden.
Zukunftsmusik oder Realität? Hersteller von Windenergie-Anlagen wie Envision und Nordex nutzen bereits die intelligente Messtechnik. Bei Nordex überwacht und vernetzt eine IIoT-Plattform beispielsweise knapp 1.000 bestehende Windparks mit etwa 7.000 Turbinen und zugehörigen Komponenten. 

Bidirektionale Ladestationen


Wie funktioniert es? Mit Elektro-Autos lassen sich nicht nur die Emissionen beim Fahren reduzieren. Stehen sie an einer Ladestation, sind sie auch als Stromspeicher nutzbar – vorausgesetzt, die Ladestation kann den Strom aus dem Fahrzeug-Akku wieder ins Netz einspeisen.  
Was ist das Ziel? Ist die Ladestation im IoT vernetzt, kann sie flexibel reagieren und zum Beispiel das Auto nachts laden, wenn der Strom gerade billiger ist.  Davon profitieren nicht nur Fahrerin und Fahrer, sondern auch die Netzbetreiber. Da durch Zwischenspeicher und zeitlich angepasstes Laden weniger Lastspitzen entstehen, können trotz zunehmender Elektromobilität die Netze für eine geringere Strommenge ausgelegt werden.  
Zukunftsmusik oder Realität? IoT-Ladestationen sind bereits erhältlich und werden die sich entwickelnde Ladeinfrastruktur maßgeblich prägen. Die Stadtwerke Trier arbeiten schon mit intelligenten Ladepunkten, die auch die Abrechnung erleichtern.  Langfristig werden vernetzte Ladestationen zur Standardausstattung von Wohn- und Gewerbeimmobilien gehören.

Vorrausschauende Wasserleitung


Wie funktioniert es? Neben der Messstelle am Ausgang des Wasserwerks und den Zählern in den Gebäuden sind Sensoren an lokalen Wasserleitungen installiert, die zum Beispiel Daten zu Druck, Durchflussgeschwindigkeit, Temperatur und Fließrichtung erfassen
Was ist das Ziel? Verbrauchsschwankungen lassen sich in Echtzeit von den Monitoren in der Netzleitstelle ablesen. Die Wasserversorger können flexibler reagieren, das Netz effizienter betreiben und die Wasserqualität sichern.  
Zudem zeigen die gemessenen Daten bereits kleinste Undichtigkeiten in den Leitungen an, sodass Schwachstellen repariert werden können, bevor es zum Rohrbruch kommt. 
Zukunftsmusik oder Realität? Die Stadtwerke Lübeck (SWL) und Bonn (SWB) initiierten in den letzten Jahren Pilotprojekte zum Test von Sensoren und Datenübertragung mittels LoRaWAN. Die Stadtwerke Husum Netz statten zurzeit ihr Rohrsystem mit insgesamt 25 Sensoren aus, um ein flächendeckendes Monitoring ihres Trinkwassernetzes aufbauen.  


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