KI-gestützte Smart Meter verbessern die Energieeffizienz

Der Elektrizitätssektor befindet sich in einem stetigen Wandel. Ein deutliches Zeichen der Transformation ist der Anstieg erneuerbarer (unplanbarer) Energien im Energiemix. Laut Enerdata hat der Anteil der erneuerbaren Energien im weltweiten Energiemix seit 2010 um 10 % zugenommen und erreichte bis 2023 insgesamt etwa 30 %. Begriffe wie Mikroerzeugung, Elektrofahrzeuge und Prosumer (Personen, die sowohl Strom produzieren als auch verbrauchen) definieren eine neue Realität, in der traditionelle Versorgungsunternehmen ihre Strategien anpassen müssen, um den zukünftigen Herausforderungen gerecht zu werden.

Die Verbreitung von dezentraler Energieerzeugung aus erneuerbaren und nicht-programmierbaren Energiequellen nimmt zu. Der neue Bedarf an Speicherlösungen verändert die Herausforderungen, mit denen Übertragungs- und Verteilungsnetzbetreiber konfrontiert sind. Ein  „intelligenteres“ Netz ist erforderlich.

Der erste Schritt in diese Richtung ist die Entwicklung und Installation einer flexiblen Smart-Metering-Architektur für verschiedene Energieträger. Bislang sind die in einigen Ländern installierten Smart Meter lediglich auf die Abrechnungsverbesserung ausgerichtet.

Smart Meter sind die Grundlage für künftige, intelligente Netze. Und das nicht zuletzt, weil sie den Menschen dabei helfen, ihren Energieverbrauch besser zu steuern. Dies führte zu einem rapiden Anstieg von IoT-Geräten im Elektrizitätssektor: Zwischen 2019 und 2023 ist die Marktdurchdringung von intelligenten Stromzählern in Europa von 50 auf 60 % angestiegen. Das Wachstum in Kanada und den USA lag bei 65 % und erreichte insgesamt etwa 80 %. Bis 2027 prognostiziert Berg Insight, dass die Durchdringungsrate von Smart Metern in Europa und Nordamerika jeweils über 76 % und 90 % liegen wird.

Die neuen Messsysteme müssen jedoch weit mehr leisten, um zu verändern, wie die Menschen ihren Energieverbrauch wahrnehmen und handhaben. Zudem haben die Systeme das Potenzial, die Energie- und Markteffizienz zu optimieren und dazu beizutragen, CO₂-Emissionen und Schadstoffe zu reduzieren.

Die Ermittlung des aktuellen Energieverbrauchs ist der erste Schritt zur Einhaltung von Unternehmensnachhaltigkeitszielen. Viele Betriebe haben immer noch Schwierigkeiten, Energieverschwendung zu erkennen und zu bewältigen. Ursachen sind häufig alte Gebäude mit überholter Technik oder fehlende Strategien zur Geräteaufrüstung. Intelligente Messsysteme können Daten aus verschiedenen Quellen sammeln, wie beispielsweise Dach-HVAC-Einheiten, zentrale Kraftwerke und Beleuchtungssysteme. Das Ergebnis ist eine umfassende Übersicht, die es ermöglicht, Nachhaltigkeitsgrundsätze aufzustellen, Energieverschwendung zu identifizieren, die Leistung zu überwachen und die wirtschaftlichen sowie ökologischen Kosten des Gerätebesitzes besser zu verstehen.

KI kann diesen Prozess vereinfachen, indem sie Gebäudedaten sammelt und Berichte gemäß den vom Kunden gewählten ESG-Reporting-Standards erstellt. Dies gewährleistet nicht nur die Einhaltung der Nachhaltigkeitsstandards, sondern macht das Reporting auch effizienter und genauer.

Smart Meter „gesteuert durch KI“

KI ist der Schlüssel für die Integration erneuerbarer Energien, die Stabilisierung von Energienetzen und die Reduzierung der finanziellen Risiken im Zusammenhang mit der Instabilität der Infrastruktur. Sie fungiert als „intelligenter Agent“ hinter smarten Netzen, bewertet die Umgebung und ergreift Maßnahmen, um ein gegebenes Ziel zu maximieren.

Die Synergie zwischen KI und Smart Metern wird die Art und Weise, wie wir unsere Energieziele verwalten und erreichen, revolutionieren. Die Echtzeit-Einblicke, prädiktiven Fähigkeiten und automatisierte Optimierung, die diese Kombination bietet, ermöglichen es Einzelpersonen und Unternehmen, die Kontrolle über ihren Energieverbrauch zu erlangen. Auf diese Weise reduzieren wir nicht nur Kosten, sondern tragen auch zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft bei.

Einige Anwendungen von KI und maschinellem Lernen in Smart Grids umfassen:

Agilität und Resilienz: Erneuerbare Energien, die von neuen Partnern wie Genossenschaften und Prosumer erzeugt werden, sind oft intermittierend und variabel. Sensoren und Automatisierung können anfällige Teile des Netzes identifizieren und mit automatischer Umleitung reagieren – überschüssige Energie während Spitzenzeiten speichern und bei Unterbrechungen umleiten.

Genauere Prognosen: Der Versorgungssektor ist aufgrund von Verbrauchsänderungen breiten Preisschwankungen ausgesetzt. Prädiktive Analytik-Modelle lassen sich verwenden, um Energiebedarfe und die Erzeugung erneuerbarer Energien zuverlässiger zu prognostizieren. Durch die Kombination von Daten aus der fortschrittlichen Messinfrastruktur (AMI) mit KI sind Prognosen genauer als traditionelle Ansätze.

Komplexere Stromausfallwarnungen: Das Netz von Sensoren, Zählern und Aktuatoren in einem intelligenten Netz kann ein kurzes Signal kurz vor einem Stromausfall senden, das Datum und Uhrzeit umfasst, um Teil- oder Totalausfälle anzuzeigen. Darüber hinaus können die prädiktiven Fähigkeiten von KI und Echtzeitdaten von Smart-Meter-Anbietern vor Ausfällen warnen, noch bevor sie auftreten. Und nicht nur das: Die Systeme können zwischen individuellen, straßen- und zonenbezogenen Ausfällen unterscheiden.

Produktionsoptimierung: Sensornetzwerke mit KI-Technologie können in der Entstehungsphase zur Optimierung der Energieproduktion verwendet werden. Ebenso profitieren Solaranlagen von KI-Tools, die die Produktivität durch die Vorhersage der Sonneneinstrahlung erhöhen.

Verbesserung automatisierter Umschaltung: Die Fähigkeit von KI-Tools, Ungleichgewichte im Netz vorherzusagen und zwischen einem kurzen Stromausfall und einem Totalausfall zu unterscheiden, wird die Automatisierung von Umschaltprotokollen ermöglichen. So können Versorgungsunternehmen Strom umleiten oder betroffene Bereiche isolieren, bevor ernsthafte Schäden auftreten oder sich der Ausfall auf andere Bereiche ausweitet. Diese Tools stellen eine Schutzmaßnahme dar, die die Sicherheit der Anlagen gewährleistet, die für die Fehlerisolierung und -behebung zuständig sind.

Mehr Sicherheit: Cybersicherheit ist ein zentrales Anliegen für alle Geschäftssektoren. Die wachsende Anzahl und Komplexität von Cyberangriffen stellen ein Risiko für bestehende sowie neue Stromnetze dar. KI-Tools können dazu beitragen, dieses Risiko zu reduzieren, indem sie Netzwerkanfälligkeiten, Malware und Eindringlinge erkennen sowie Netzwerksicherheitsmaßnahmen für Stromsysteme schaffen. Darüber hinaus können andere Technologien wie Blockchain transparente, nicht manipulierbare und sichere Systeme bereitstellen, die neue Geschäftslösungen ermöglichen – insbesondere wenn sie mit smarten Verträgen kombiniert werden.

Die Verwendung von KI zur dauerhaften Überwachung der Gebäude- und Anlagenleistung wird der Schlüssel zur Ermittlung von Energie- und Emissionseinsparungsmöglichkeiten sein. Energiebedarfsspitzen setzen Versorgungsunternehmen unter großen Druck. Die Nutzung von KI und Smart Metern in Haushalten und Büros kann helfen, Energiebedarfsänderungen zu programmieren, zu planen, auszuführen und zu überwachen. So lässt sich sicherstellen, dass die Anbieter diesen Anpassungen gerecht werden. Zudem hat KI die Fähigkeit, Geräte zu überwachen und betriebliche Verbesserungslösungen sowie Projektempfehlungen zu entwickeln, um die Nachhaltigkeits- und wirtschaftlichen Vorteile der Reduzierung von Energieverschwendung zu verstärken.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

Auch der Einsatz von intelligenten Gas- und Wasserzählern hat zugenommen.

Länder wie Italien, das Vereinigte Königreich und Frankreich haben in Europa bei der Einführung von intelligenten Gaszählern eine Pionierrolle übernommen. Gemeinsam haben sie einen installierten Bestand von etwa 47 Millionen intelligenten Gaszählern, was einem Marktanteil von etwa 84 % entspricht. Außerhalb Europas wächst der Markt für intelligente Gaszähler besonders stark in Ländern wie China und Japan.

Der Markt für intelligente Wasserzähler befindet sich in einem noch früheren Stadium der Einführung. Allerdings steht auch er bereits in den Startlöchern für ein signifikantes Wachstum: Versorgungsunternehmen rüsten weiterhin bestehende Infrastrukturen auf und implementieren intelligente Wasserlösungen, um nachhaltiger zu werden und die Wasserverluste zu minimieren.