Eine neue Ära im Energiesektor

Wachstum des Energieverbrauchs

Um im Wettbewerb bestehen zu können und ihre operative Leistung zu optimieren, müssen Organisationen und Unternehmen neue Pläne, unter Nutzung digitaler Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), aufstellen.

Die Gebäude, in denen wir leben und arbeiten, haben einen Anteil von mehr als 42 % am weltweiten Energieverbrauch durch Heiz-, Kühl- und Beleuchtungssysteme [1]. In den nächsten 25 Jahren wird der weltweite Energiebedarf voraussichtlich um über 40 % steigen, was die Notwendigkeit von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit deutlich macht.

Das starke Wachstum der Energienachfrage beeinflusst die Komplexität der Energieverteilungssysteme auf allen Ebenen. Die Stromnetze werden immer dynamischer, um Distributed Energy Resources (DER) zu verwalten, während private und öffentliche Unternehmen die Herausforderung annehmen, Umgebungen zu schaffen, die sich selbst tragen können.

Darüber hinaus sind mehr als die Hälfte der Stromausfälle in Gebäuden, sowohl im gewerblichen als auch im industriellen Bereich, auf Probleme mit Geräten und schlechten elektrischen Verteilungssystemen zurückzuführen, die mehr Strom verbrauchen als nötig. Angesichts dieser Situation besteht heute mehr denn je die Notwendigkeit, den Energieverbrauch und die Kosten zusammen mit der Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu optimieren (Bild 1). Dies gilt insbesondere für kritische Bereiche wie Gebäude des Gesundheitswesens, Rechenzentren, öffentliche Infrastruktur und Produktionsanlagen mit kontinuierlichen Prozessen.

Bild 1: Konzeptionelle Smart City, die verteilte Energieressourcen wie Sonnen- und Windenergie nutzt (Quelle: ABB)

Die durch das IoT ermöglichte Digitalisierung ist von zentraler Bedeutung, um das Wachstum des Energiebedarfs und die damit verbundenen Herausforderungen zu unterstützen. Produktivitätssteigerungen auf Grundlage von Daten bei gleichzeitiger Verbrauchs- und Kostensenkung könnte Organisationen dabei helfen, ökologische Nachhaltigkeit durch geringere Emissionen zu erreichen. Daten in nutzbare Erkenntnisse umzuwandeln, kann Wege zur Verbesserung aufdecken und Organisationen dabei unterstützen, Effizienzlücken zu erkennen und Risiken zu mindern.

Messen und Überwachen elektrischer Systeme

Häufig haben Organisationen weder die Kontrolle über ihren Energieverbrauch noch eine Methodik, um über den Betrieb ihres Standortes oder Gebäudes zu informieren. Um den vollen Nutzen aus der Digitalisierung ziehen zu können, müssen Organisationen zunächst verstehen, wie und wieviel Energie verbraucht wird. Daher besteht der erste und wichtigste Schritt im Energiemanagement darin, das Verhalten der elektrischen Anlage genau zu identifizieren. Durch die Visualisierung von Daten in Echtzeit oder in aggregierter Zeit können Kunden ihr elektrisches Verteilersystem besser verstehen und erkennen, wo die Ineffizienzen liegen (Bild 2).

Bild 2: Hypothetische Darstellung der Energieaufnahme eines Geb

Die Messung liefert Energiemanagern und Betreibern zuverlässige Informationen über den Energieverbrauch, in Echtzeit oder aggregiert. Meistens werden Muster der Energieverschwendung durch ein Energiedaten- und Analyse-Grundgerüst in Verbindung mit einem robusten Anlagenenergiemodell aufgedeckt, die andernfalls unmöglich zu erkennen wären. Darüber hinaus kann, je nach den Bedürfnissen der Organisation, das Hinzufügen von weiteren Messpunkten die Genauigkeit deutlich erhöhen. Das ermöglicht detaillierte Einblicke in die Anlage auf Grundlage von mehr Daten für Optimierungsmaßnahmen. Die Zähler sollten auf verschiedenen Ebenen der Anlage installiert werden, damit die Messung einzelner Lasten oder Lastgruppen (homogen) mindestens 70 % des Stromverbrauchs darstellen kann.

Es hat sich gezeigt, dass Verbesserungen, die auf der Messung basieren, den Energieverbrauch um bis zu 45 % reduzieren [2]. Doch während die meisten Organisationen die Bedeutung der Messung und Überwachung verstehen, setzen nur wenige Organisationen eine effektive Strategie für das Energiemanagement um. Organisationen führen tatsächlich in der Regel unabhängige und unkoordinierte Projekte durch, die aufgrund mangelnder Kenntnisse und Methoden meist klein und kurzfristig sind. Ein solcher Ansatz führt zu Ergebnissen, die weit unter den Erwartungen liegen. Die Energieüberwachung wird als wenig wertvoll angesehen, obwohl sich ein gut organisiertes Mess- und Überwachungssystem aufgrund niedrigerer Energie- und Wartungskosten und vernachlässigbarer Stromausfälle in kurzer Zeit amortisieren würde.

Messtechnologien, die aus Effizienzgründen zur Überwachung eines Gebäudes eingesetzt werden, können auf die Wasser-, Gas- und Wärmemessung ausgeweitet werden und bieten so eine umfassende Visualisierung, die ein Gesamtbild der Betriebsbedingungen vermittelt. Neben Sensoren, die Zustände wie Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit erfassen, beginnen Analysen und z. T. Techniken des maschinellen Lernens (ML) eine wichtige Rolle zu spielen. Sie können dazu beitragen, das Energiesystem tiefergehend und auch unerwartete Verhaltensweisen besser zu verstehen.

Das Benchmarking des Energieverbrauchs und der elektrischen Systemparameter basiert in der Regel auf der Betrachtung des ganzen Jahres, wobei der Vergleich verschiedener Jahreswerte am wichtigsten ist. Kurzzeitanalysen, wie z. B. Monatsvergleiche, können auch für die Identifizierung spezifischer Ereignisse in einem bestimmten Zeitraum wertvoll sein. Benchmarking kann allerdings ohne konstante Anwendung nicht genau sein: Eine kontinuierliche Überwachung ist notwendig, um festzustellen, ob eine Stichprobe einen guten oder schlechten Zustand darstellt. Ein solcher Ansatz ist auch die Grundlage für energieeffiziente Prozesse und Strategien in Produktionsumgebungen.

Beispielsweise bieten Energieleistungskennzahlen (EnPI), die meist zum Erwerb von Zertifizierungen oder als Grundlage für Energieaudits verwendet werden, das größte Potential, Wege und Auswirkungen von Eingriffen zu erkennen – aber nur, wenn sie kontinuierlich und strukturiert ermittelt werden.