Dr. Ashwani Singh: Automatisierung und Digitalisierung spielen eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, die Energieeffizienz zu verbessern, den Anteil erneuerbarer Energien auszubauen und schnelle, sektorübergreifende Entscheidungen zu treffen.

Die heutigen Stromnetze werden dank KI und IoT zu „Netzwerken, die sich selbst überwachen und reparieren“. KI-Programme können beispielsweise anhand historischer Daten „digitale Kopien“ realer Netze erstellen, die es Versorgungsunternehmen ermöglichen, verschiedene Szenarien zu testen und Probleme zu beheben, bevor sie auftreten. Dadurch werden Ausfälle reduziert und die Stromnetze stabiler gemacht. In gleicher Weise sorgen automatisierte Systeme, die auf die Nachfrage reagieren, in Echtzeit für einen Ausgleich von Angebot und Nachfrage und fügen schwankende erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind hinzu.

In der Fertigung steigern Automatisierungstechnologien wie „vorausschauende Wartungsmodelle“ die Anlagennutzung und reduzieren die Energieverschwendung. KI-Systeme überprüfen beispielsweise die Anlagenleistung, um Ausfälle vorherzusagen und den Betrieb aufrechtzuerhalten. In Gebäuden passen intelligente HLK- und Beleuchtungssysteme den Energieverbrauch an die Anzahl der Personen und die Wetterbedingungen an. So tragen sie dazu bei, den Energieverbrauch im gesamten Bereich zu senken.

Elektrofahrzeuge (EVs) und Ladestationen setzen eine automatisierte Stromverteilung voraus. Intelligente Ladestationen, die auf den Netzbedarf abgestimmt sind, verhindern Überlastungen und nutzen nach Möglichkeit einen höheren Anteil an erneuerbaren Energien. Autonome Flottenmanagementsysteme verbessern die Logistik und senken den Energiebedarf im Transportsektor.

Wie können standardisierte Kommunikationsprotokolle und Schnittstellen branchenübergreifend die Integration elektrischer Systeme unterstützen?

Die branchenübergreifende Zusammenführung elektrischer Systeme erfordert einheitliche Kommunikationsstandards, um Kompatibilität, Schutz und Wachstumspotenzial zu gewährleisten.

Die IEC 61850 spielt eine Schlüsselrolle in modernen Energieversorgungssystemen. Ihre „Standard-Datenmodelle“ (logische Knoten, Datenobjekte) und Protokolle (MMS, GOOSE, SMV) ermöglichen eine reibungslose Kommunikation zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Mit GOOSE-Nachrichten werden beispielsweise Echtzeit-Schutzsignale über Umspannwerke hinweg gesendet, während SMV den Austausch von synchronisierten Messdaten sicherstellt. Diese Struktur geht inzwischen über Umspannwerke hinaus und unterstützt dezentrale Energieressourcen (DER) und sektorübergreifende Anwendungen.

Die Verknüpfung von IEC 61850 mit IoT-Protokollen wie MQTT verbessert die Vernetzung in verteilten Systemen. Das einfache Publish-Subscribe-Modell von MQTT ermöglicht einen effizienten Datenaustausch zwischen Stromnetzen, industriellen IoT-Geräten und Cloud-Plattformen. Durch die Kombination der bedeutungsbasierten Modelle von IEC 61850 mit der Skalierbarkeit von MQTT können Versorgungsunternehmen beispielsweise DERs und verbrauchereigene Anlagen in den Netzbetrieb integrieren.

Standards wie IEEE 1588 (Precision Time Protocol) gewährleisten die Synchronisation der Geräte auf Mikrosekundenebene, was für die Fehlererkennung und die Netzstabilität entscheidend ist. Gleichzeitig schützen Cybersecurity-Frameworks wie NERC CIP vernetzte Systeme vor Cyberbedrohungen, indem sie Zugangskontrollen und Reaktionspläne für Zwischenfälle durchsetzen.

Welche Best Practices aus anderen Sektoren könnten als Vorbild für die All Electric Society dienen?

Verschiedene Branchen liefern Beispiele dafür, wie sich Sektorkopplung und Interoperabilität realisieren lassen.

Die Anwendung von Konzepten der „Industrie 4.0“ in der Fertigungsindustrie – wie digitale Zwillinge und Edge Computing – stellt auch ein Modell für Energiesysteme dar. Fabriken haben gezeigt, dass vorausschauende Wartung und Echtzeit-Analyse hervorragend funktionieren. Wir können diese Konzepte modifizieren, um die Netzanlagen und DERs zu verbessern.

Die Einführung von 5G durch die Telekommunikationsbranche zeigt, wie wichtig schnelle Kommunikation mit hoher Bandbreite für wichtige Infrastrukturen ist. Wir könnten ähnliche Netzwerke nutzen, um Smart Grids zu unterstützen, die eine Echtzeit-Steuerung von E-Flotten und Mikrostromnetzen ermöglichen.

Städte wie Singapur und Barcelona nutzen kombinierte Datenplattformen, um Energie, Verkehr und öffentliche Dienstleistungen aufeinander abzustimmen. Ihr Erfolg bei der Verknüpfung von Ladenetzen für Elektrofahrzeuge mit der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bietet uns eine Vorlage für die Sektorenkopplung.

Inwiefern kann der gemeinsame Austausch von Daten und Erfahrungen zwischen den Branchen zur Lösung technischer Herausforderungen beitragen?

Das Aufbrechen von Datensilos ist eine wesentliche Voraussetzung für die Bewältigung der technischen Herausforderungen in der „All Electric Society“.

Zentrale Plattformen, die Daten aus Energie-, Verkehrs- und Industriesystemen zusammenführen, ermöglichen ganzheitliche Analysen. Beispielsweise helfen KI-gestützte „virtuelle Energieflussmodelle“ den Betreibern, zu beurteilen, ob die Infrastruktur für neue Verbraucher wie Rechenzentren oder Gigafabriken bereit ist.

Erkenntnisse aus Offshore-Windparks – wo standardisierte Kommunikationsprotokolle die Synchronisation von Turbine und Netz sicherstellen – können für Wasserstoffproduktionsanlagen von Nutzen sein. In ähnlicher Weise können Cybersecurity-Strategien aus dem Finanz- oder Gesundheitswesen die Stabilität der Energieinfrastruktur stärken.