Siemens präsentiert Ansatz für ein intelligentes und nachhaltiges Energieökosystem

Siemens Smart Infrastructure zeigt auf der diesjährigen European Utility Week (EUW) in Paris, wie das Unternehmen Energieintelligenz auf der Angebots- und Nachfrageseite vorantreibt. Indem Siemens das Energieökosystems über Gebäude, Industrie und Netze hinweg mitgestaltet, unterstützt es Regierungen, Städte und Unternehmen bei ihren Nachhaltigkeitszielen. Dabei konzentriert sich Siemens auf vier Themen, die auf die Energiewende einzahlen: nachhaltige Netze, intelligente Verteilung, das Internet of Energy und Grid Edge.

Bis 2035 soll der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf mehr als 50 Prozent ansteigen. Parallel dazu wird sich der Stromverbrauch bis 2050 verdoppeln. Megatrends wie die zunehmende Verstädterung und der Klimawandel treiben den Bedarf an Elektrifizierung und Dekarbonisierung voran. Neue Anwendungen in den Bereichen Software und Digitalisierung werden dazu beitragen, Stromnetze intelligenter und effizienter zu machen und somit neue Geschäftsmodelle zu eröffnen.

 

»Die Frage, die wir uns stellen müssen, ist: Tun wir genug? Indem wir die Nutzung von Energie in der gesamten Infrastruktur ganzheitlich betrachten, sehen wir, wie Technologien zur Lösung großer Herausforderungen beitragen, um Fortschritt auf nachhaltige Weise zu unterstützen. Industrie und Regierungen müssen sich zusammenschließen, um die Energiewende zu beschleunigen und den Klimawandel zu bekämpfen,« sagte Cedrik Neike, Mitglied des Vorstands der Siemens AG und CEO von Siemens Smart Infrastructure.

 

»Gebäude, Infrastrukturen und Stromnetze rücken immer enger zusammen und bieten unseren Kunden große Chancen am Grid Edge. Um die Dekarbonisierung zu unterstützen, wachsen die Märkte für Energiespeicher, verteilte Energiesysteme und Ladelösungen für die E-Mobilität bis zu zehnmal schneller als Märkte auf der Energieversorgungs- und Nachfrageseite. Siemens ist einzigartig positioniert, um das Ökosystem der physischen Assets miteinander zu verbinden und die Infrastruktur intelligenter zu gestalten. Dadurch werden energieintelligente und lebenswertere Gesellschaften geschaffen. Gleichzeitig wird der gestiegene Strombedarf so nachhaltig wie möglich gedeckt. Wir möchten Regierungen, Städte und unsere Kunden dabei unterstützen, die Einführung sauberer und smarter Energien zu beschleunigen,« fügte Neike hinzu.

 

Siemens stellt auf der Fachmesse vor, wie sich die Herausforderungen der Energiewende mit Hilfe von innovativen Technologien und Lösungen in Chancen verwandeln lassen. Es werden maßgeschneiderte Lösungen gezeigt, um die Effizienz und Zuverlässigkeit sowohl der Stromversorgung von Gebäuden, Infrastrukturen als auch von kompletten Stromnetzen zu verbessern. Standbesucher können erleben, wie Siemens Kommunen, Übertragungsnetzbetreiber und große Energieverbraucher mit digitalen Lösungen unterstützt, mit denen sie ihren Netzbetrieb analysieren und optimieren können. Fachvorträge zu unterschiedlichen Themen wie etwa über Technologien für eine energieintelligente Gesellschaft runden das Programm ab.

 

Technologie-Highlights

Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien stellt Netze vor neue Herausforderungen. Die Fluktuation bei der Einspeisung von Erneuerbaren kann sich auf Netzstabilität und -zuverlässigkeit auswirken. Für den Schutz wesentlicher Komponenten in Kraftwerken, wie etwa Generatoren und Aufwärtstransformatoren stellt Siemens einen neuen Generator-Leistungsschalter vor, der sich durch sein kompaktes Design und hohen Grad an Flexibilität auszeichnet, um die Herausforderungen der Kunden zu adressieren. Um die fluktuierende Einspeisung von Strom aus Photovoltaik (PV)-Anlagen ins Stromnetz zu ermöglichen, setzt Siemens auf eine intelligente Infrastruktur- und Speicherlösungen wie die Siemens Photovoltaik eBoP-Lösung.

 

Digitalisierung im Verteilnetz kommt voran

Auch im Niederspannungsnetz schreitet die Digitalisierung voran: Mehr und mehr intelligente elektrische Geräte werden mit IoT-Schnittstellen ausgestattet und können dann – unter Berücksichtigung der Standard-Sicherheitsvorkehrungen zur sicheren Kommunikation – Daten austauschen und diese analysieren. Darüber hinaus bietet Siemens neue netzdienliche Applikationen an, die für Stromnetzbetreiber bislang schwer zugängliche Daten erfassen. Mit Hilfe von Analytics lassen sich so nutzbringende Erkenntnisse für den Netzbetrieb gewinnen.

Auf der Messe wird das Unternehmen unter anderem eine neue Schutzgerätereihe für Hoch- und Mittelspannungsnetzwerke sowie industrielle Stromnetze vorstellen.

 

Mit Hilfe einer effizienten Datenmodelverwaltung und verbesserten Analysemethoden kann Siemens beispielsweise einen digitalen Zwilling eines Verteilnetzes innerhalb einer IT-Landschaft erstellen. Das MindSphere Application Center für das Internet of Energy wird etwa Stromversorgern, Stadtwerken und auch Betreibern von Gebäuden und Infrastrukturen dabei helfen, die gesammelten Daten nutzbringend zu analysieren. Beispielsweise lassen sich so Prozesse optimieren und auch vorausschauender Service planen. Damit erhöht sich die Energieeffizienz von großen Stromverbrauchern und gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit des gesamten Stromnetzes erhöht.

 

Siemens Lösungen für die Elektromobilität

Zu einem effizienteren Energiesystem wird künftig auch mehr und mehr die Elektromobilität beitragen. Um diese sinnvoll in bestehende Netze zu integrieren, bietet Siemens Beratungsdienstleistungen für E-Mobilitätslösungen an. Diese reichen von Netzplanung und Netzanbindung über die Entwicklung von Geschäftsmodellen hin zu Beratung bei der Spezifikation von Hardware und Software-Integration. Auf der EUW wird das Unternehmen die neue Ladesäule Sicharge CC AC22 sowie Komplettlösungen für Ladeinfrastruktur vorstellen, wie etwa für das Laden von E-Bussen und E-Service-Fahrzeugen im Depot sowie das öffentliche Laden mit Wechselstrom.

 


 

Für Klimaschutz die richtigen Ziele setzen

Die Energiewende ist technisch machbar und günstiger als von vielen befürchtet – aber wir müssen ganzheitlicher denken und handeln als bisher.

 

Fast die Hälfte des Stroms, der aktuell in Deutschland erzeugt wird, stammt aus erneuerbaren Energiequellen. Zu manchen Zeiten ist es sogar möglich, den gesamten deutschen Elektrizitätsbedarf aus erneuerbaren Energiequellen zu decken. Solche Meldungen klingen nach Erfolg und Meilensteinen der Energiewende. Dennoch wird Deutschland, trotz beachtlicher Investitionen, seine Klimaziele bis zum Jahr 2020 verfehlen. Der Grund: Energie ist viel mehr als nur Elektrizität. Für andere Bereiche, etwa die Mobilität oder das Heizen von Gebäuden, werden immer noch überwiegend fossile Energiequellen genützt.

 

»Wir müssen anders denken als bisher – ganzheitlicher«, erklärt Hans Jörg Heger, Leiter der Forschungsgruppe Energiesystemmodellierung in der Siemens Corporate Technology. »Es geht nicht darum, bestimmte Technologien zu fördern oder zu verdammen. Das Ziel heißt CO2 Emissionen reduzieren – die Wege dahin können ganz unterschiedlich laufen. Das bedeutet: transparente CO2-Ziele vorgeben und diese dann technologieoffen umsetzen. Ein wichtiger Mechanismus ist die Sektorkopplung, mit der Möglichkeiten untersucht werden, wie mit grünem Strom, in allen Sektoren – Transport, Gebäude und Industrie – ganzheitlich die CO2-Emissionen gesenkt werden können.«

 

Heger und sein Team haben sich auf diesen ganzheitlichen Blick auf die Energiewende spezialisiert. In mathematischen Modellen bilden sie unsere Infrastrukturen und Energiesysteme in ihrer ganzen Komplexität nach. Durch Simulation entwickeln sie möglichst günstige Maßnahmen, um effektiv die CO2-Emissionen zu verringern. »Siemens bekennt sich ausdrücklich zu den Pariser Klimazielen. Mit unseren Simulationen zeigen wir, wie die Energiewende technisch und kosteneffizient umgesetzt werden kann«, betont Heger. »Wir alle wissen, dass die Zeit drängt.«

 

Die Zeit drängt

Die Experten sind sich einig: Wir verbrennen zu viele fossile Energieträger, wie Kohle, Öl oder Erdgas. Pro Jahr erzeugen wir 2017 weltweit rund 37 Gigatonnen CO2  – Tendenz steigend (Quelle: Europäische Kommission). Wenn wir so weitermachen, wird sich in 26 Jahren die Atmosphäre bereits um mehr als 2 Grad erwärmt haben. (Quelle: Studie des Weltklimarates – einer Gruppierung, die im Auftrag der UN arbeitet – von 2018 https://www.ipcc.ch/sr15/). Wird es noch wärmer, dann müssen wir davon ausgehen, dass dann auf unserem Planeten dauerhaft ein Klima herrschen wird – mit Dürre, Hitze und Extremwetterlagen – welches das Leben der Menschen dramatisch verändern wird.

Die Zeit auf der CO2-Uhr im November 2019 – Für die aktuelle Zeit hier klicken – © MCC-Berlin

 

https://www.mcc-berlin.net/en/research/co2-budget.html

Die Zeit auf der CO2-Uhr im November 2019 – Für die aktuelle Zeit hier klicken – © MCC-Berlin

 

 

Mit digitalem Zwilling und Simulation

Staaten und Kommunen stehen vor einer Mammutaufgabe, denn sie müssen ihre gesamte Infrastruktur – Stromversorgung, Wärmeversorgung, Mobilität usw. – umstellen und gleichzeitig die Industrie und die Bevölkerung stabil weiterversorgen. »Mit unseren Systemmodellen identifizieren wir Szenarien, wie die Energiewende ablaufen könnte. Dafür bilden wir in einem digitalen Zwilling, die Energieversorgung einer Region nach und haben so eine Darstellung, wo wieviel Energie – Strom, Wärme, Mobilität – benötigt wird«, betont Michael Metzger, ebenfalls von Siemens Corporate Technology. »Unser Modell berücksichtigt Prognosen, wie sich der Nutzenergiebedarf entwickeln wird sowie alle uns bekannten Technologien – etwa Solaranlagen, Windkraftanlagen, Elektrolyse usw. – und ermittelt mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen Maßnahmen, um den CO2-Ausstoß möglichst schnell zu minimieren.«

Für Deutschland wurde zum Beispiel in einer Kooperation mit der RWTH Aachen die komplette deutsche Energieversorgungsstruktur der Zukunft dargestellt. Und zwar bis ins Detail, mit einer räumlichen Auflösung bis auf Postleitzahl- und Gemeindeebene.

 

Energiewende, Wärmewende und Verkehrswende

Grob skizziert würden die ersten Schritte für den deutschen Energiefahrplan nach diesen Simulationen etwa so aussehen: Das Stromnetz muss weiter ausgebaut werden. Dabei werden erneuerbare Energietechnologien immer wichtiger. Aber auch die Kapazität der Gaskraftwerke – für die Zeiten, wenn es nicht genug Wind oder Sonne gibt – sollte noch ausgebaut werden. Zunächst wohl verblüffend, denn Gaskraftwerke erzeugen CO2, allerdings ist deren CO2-Ausstoß deutlich geringer als der von Kohlekraftwerken. Darüber hinaus können sie schrittweise auf grünen (CO2-neutral erzeugten) Wasserstoff umgerüstet werden. Siemens hat bereits zugesagt, dass ihre Gasturbinen bereits 2020 mit einem Gasgemisch mit 20 % Wasserstoffanteil betrieben werden können und ab 2030 mit 100 % Wasserstoff. Auf diese Weise wird Zeit für den weiteren Aufbau der CO2-freien Stromerzeugung und die Elektrifizierung von Wärme und Transport gewonnen. Hier sollte man zunächst in die Modernisierung der Wärmeversorgung investieren. Neue Häuser lassen sich mit vertretbaren Kosten mit den besonders klimafreundlichen Wärmepumpen ausstatten. Da Häuser viele Jahre genutzt werden, wäre es für die Gesamt-CO2-Bilanz wünschenswert, wenn diese Art zu heizen möglichst schnell zum Standard würde. Autos sind viel kurzlebiger als Häuser, daher empfiehlt die Simulation den Umstieg auf E-Mobilität erst, wenn das Stromerzeugungssystem stärker dekarbonisiert ist. »Alle unsere Simulationen sind gesamtkostenoptimiert«, erläutert Heger. »Das heißt, der Optimierer wählt unter allen angebotenen Technologien für jeden Schritt jeweils die günstigste CO2-Reduktionsmaßnahme. Das Ergebnis zeigt, dass die Gesamtsystemkosten für eine Klimazielerreichung nicht wesentlich höher sind als beim business as usual, wenn man rechtzeitig die richtigen Maßnahmen in der günstigsten Reihenfolge umsetzt.«

 

Flexibel anpassbar

»Natürlich gibt uns die Simulation keine hellseherischen Fähigkeiten«, betont Metzger. »Viele Annahmen der Modelle sind mit Unsicherheit behaftet – so ist beispielsweise der von der weltweiten wirtschaftlichen Entwicklung beeinflusste Erdölpreis kaum über Dekaden vorhersagbar. Unser Ziel ist es deshalb nicht, die Zukunft möglichst genau vorherzusagen, sondern die wesentlichen Hebel für eine Zielerreichung zu identifizieren, die robust sind gegenüber den genannten Unsicherheiten.«

 

»Wir können so verschiedene realistische Szenarien skizzieren, wie die Energiezukunft aussehen könnte«, fährt Heger fort. »Wir können daraus ableiten, wie wir uns als Technologielieferant mit einem zukunftsorientierten Portfolio richtig positionieren. Und wir können unsere Kunden besser beraten, natürlich nicht nur in Deutschland. Unser Modell lässt sich flexibel auch auf andere Regionen anpassen. Wir hatten etwa schon Anfragen aus Frankreich, Australien, Kanada und auch dem Mittleren Osten, also einer Region, die bislang viel Geld mit dem Verkauf fossiler Energieträger verdient und jetzt ihre eigene Energiewende plant.«

 

Aenne Barnard

 

Textquelle: https://new.siemens.com/global/de/unternehmen/stories/forschung-technologien/energiewende/die-zukunft-der-energie-dekarbonisierung.html

 

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