Internet der Dinge: Energie sparen mit intelligenten Netzen

Überall wird versucht, das IdD (auch IoT, Internet of Things) gewinnbringend einzusetzen. Wer sich als Unternehmer in diesen Tagen den neuen Technologien des IdD gegenüber verschließt, wird künftig immer weniger wettbewerbsfähig sein.

Intelligente Dinge können beispielsweise bewirken, dass dem Verbraucher gemäß der durch einen Schrittzähler gemessenen durchschnittlichen Laufgeschwindigkeit neu zu kaufende Schuhtypen auf dem Display seines Handys vorgestellt werden. Diese Form des IdD ist ein Fall für die Marketingabteilungen.

Dank intelligenter Dinge können aber auch in einer Produktionshalle die gefertigten Teile selber sagen, was auf einer intelligenten Fertigungsstraße als nächstes mit ihnen passieren soll (wie im Siemens-Werk in Amberg ). In diesem Fall entlastet die IdD-Technologie aufs Ganze gesehen das zentrale Stromnetz, was zu einer nachhaltigen Senkung der Stromkosten führt.

Welchen Anforderungen Netze in Zukunft gewachsen sein müssen, um die steigende Anzahl der vernetzten Dinge tragen zu können, möchte ich hier darstellen.

Verteilte Intelligenz – Denken an den Rändern des Zentrums

Die Idee der verteilten Intelligenz: In dezentralisierten Energie-Architekturen lassen sich einzelne Produktionsprozesse nicht durch ein zentrales System, sondern durch dezentralisierte Apps steuern. Diese operieren hinsichtlich der Energie und der Daten am Rande des großen Netzes und verbrauchen allein dadurch bereits viel weniger Energie als die zentralisierten Systeme.

Mit der Datenverarbeitung am Rand des Netzes werden Informationen an den Objekten gesammelt und dort auch ausgewertet, ohne die Informationen direkt an (beispielsweise) eine Cloud zurückzuschicken. Der Vorteil ist, dass die Datenverarbeitung so den Energieverbrauch senkt und den Informationsgewinn beschleunigt, also den Wettbewerbsvorteil erhöht.

Durch den Einsatz von intelligenten Objekten in der Produktionsindustrie können diese direkt den individuellen Anforderungen der Unternehmensprozesse und den jeweiligen Aufgaben angepasst werden. Die Schutzmechanismen vor Ort tragen auch dazu bei, dass die Produktionsprozesse sicherer werden.

Nach Moore – ubiquitäres Computing

Das Gesetz von Moore betonte, dass sich die Rechenleistungen der Computer alle 18 Monate verdoppelt. Daher ist es möglich, komplexe Rechnertechnologien beispielsweise in Smartmeter einzubauen, die den exakten Stromverbrauch und die jeweiligen Kosten anzeigen. Da heutzutage Hardwaresysteme auf engstem Raum immer komplexer werden, können diese zunehmend selbst Aufgaben übernehmen, die früher eine zentrale Cloud übernehmen musste.

Die durch Moore prognostizierte Realität ermöglicht auch erst den Ausbau verteilter Systeme, mit denen komplexe Steuerungsmechanismen jenseits eines Zentrums entstehen können. Die rasante Geschwindigkeit in der Entwicklung neuer Sensoren und Mikroprozessoren trägt ausschlaggebend dazu bei, dass eine dezentralisierte Vernetzung der Dinge kostengünstiger voranschreiten kann.

Ortsbestimmung – die Nadel im Datenhaufen

Je exakter der Smartmeter seinen eigenen Ort im Stromverteilungsnetz kennt, desto gewissenhafter kann er seinen Job ausführen. Smartmeter können heutzutage ihre Nähe zu Stromkreisläufen, Phasen oder Transformatoren so genau bestimmen, dass sie durch eine fortwährende algorithmische Interpretation der Daten, die von Geräten im Netz ausgehen, überflüssige Energiekosten verursachende Schwachstellen präzise ausfindig machen können.

Multilinguale Smartmeter – mit Sprachen zum Erfolg

Smartmeter leben in der realen Welt – auch sie müssen mehr als eine Sprache beherrschen, um erfolgreich zu sein, d.h. einen guten Kommunikationsdraht zu anderen Geräten im Netz haben. Zu diesen Sprachen gehören Übertragungsprotokolle wie DNP3 (zwischen Leitsystemen und Fernbedienungsterminals) oder IEC61850 (angewandt in der Schutz- und Leittechnik).

Ein anderes Kommunikationstool ist das in den Vereinigten Staaten entwickelte OpenADR , das den Informationsaustausch zwischen Serviceprovidern im Strommarkt, Aggregatoren und Endverbrauchern regelt. Dadurch können sich Stromlieferanten durch von Smartmetern übermittelte Daten darauf einstellen, zu welchen Zeiten welche Menge an Strom nachgefragt wird. So greifen zwei intelligente Netze ineinander.

Die Idee des „Demand-Response-Modells“ beruht darauf, dass Stromlieferanten aufgrund von ermittelten Daten intelligenter Dinge den Verbrauchern vorschlagen können, wie sie den Stromverbrauch ihrer Geräte zu bestimmten Zeiten senken können.

Schmalbandnetze – günstig auf Nummer sicher

Die maßgebliche Herausforderung beim IdD ist nicht die Geschwindigkeit in der Kommunikation der Dinge, sondern es sind die Sicherheit und die Kosten. Schmalbandnetze beispielsweise sorgen dafür, dass diese beiden Faktoren stärker bei der Vernetzung der Dinge berücksichtigt werden. Zudem kosten sie im Schnitt vier- bis fünfmal weniger und verbrauchen erheblich weniger Energie als Mobilfunknetze. Hinzu kommt, dass das Schmalbandnetz nicht mit IP-Netzen verbunden ist und das System damit weniger anfällig gegenüber Bots ist. Auch hier gilt, dass das Zentrum umgangen wird.

Fazit

Das Stromnetz ist eng mit anderen, Informationen liefernden Funknetzen verbunden. Durch die wachsende Anzahl von „Dingen des Internet“ kann auf lange Sicht nur ein dezentralisiertes Netz die Daten der verbundenen Geräte verarbeiten. Stromnetze und Funknetze greifen dabei ineinander, so dass die durch dezentralisierte Apps gesteuerten Dinge am Ende die Stromnetze entlasten können und dies auch müssen.