Intelligente Energieverteilung mit dem Grid Edge

Mehr Menschen, mehr Strom, mehr Wärme: Unsere Städte stehen vor großen Herausforderungen, insbesondere bei der Energieversorgung. Siemens unterstützt die kommunalen Versorger beim innovativen Wandel der Energiesysteme.

Der Trend geht zur Stadt: Nicht nur für Mega-Metropolen wie Delhi, Jakarta oder Mexiko-City prognostizieren Experten für die Zukunft weiter wachsende Einwohnerzahlen, auch hierzulande wird sich die Zahl der Städter kontinuierlich erhöhen: In den kommenden 15 Jahren, so eine aktuelle Studie, müssen sich die deutschen Großstädte auf zweistellige Zuwachsraten einstellen – jährlich.

Um die damit verbundenen Herausforderungen zu meistern, sind neue, ganzheitliche Konzepte gefragt: Die Stadt der Zukunft, sie soll ein intelligentes, lernendes, sich optimierendes Gesamtsystem sein, basierend auf einer übergreifenden Vernetzung aller Infrastruktur-Lösungen, über IoT Cloud Technologie verbunden.

Vier Maßnahmen, die den CO2-Footprint von Städten sofort verkleinern

Energetische Sanierung

Bringen Städte mit rund 200.000 Einwohnern jährlich zwischen zwei und drei Prozent ihres Gebäudebestands energetisch auf den neuesten Stand, kann die Endenergienachfrage für Wärme bis 2035 um rund ein Viertel gesenkt werden (rund 700 GWh/a).

Gebäudeautomatisierung und -monitoring

Intelligentes Energie-Monitoring, Leistungsoptimierung sowie Gebäude- und Raumautomatisierung in Wohn- und in Nicht-Wohngebäuden reduzieren die Endenergienachfrage für Elektrizität um 25 Prozent in 2035 (rund 170 GWh/a).

Alternativen für Mobilität

Der Ausbau des ÖPNV, z.B. durch Taktverstärkung und die Schaffung neuer Linien, ergänzende E-Car-Sharing-Angebote sowie der Ausbau der Infrastruktur für Fußgänger und Radfahrer führen zu einer Reduktion des motorisierten Individualverkehrs um mehr als 15 Prozent der Transportleistung und damit der dafür erforderlichen Endenergie.

Verkehrsmanagement

Eine umweltorientierte und dynamische Verbesserung der innerstädtischen Verkehrsflüsse verringert CO2-Emmissionen – und senkt den lokalen, verkehrsbedingten Ausstoß von Feinstaub und Stickoxiden um ca. 20 bzw. 30 Prozent in 2030.

Quellen: Siemens Kompetenzzentrum Dezentrale Energiesysteme und Siemens Zentrale Forschungsabteilung

Zu den wichtigsten Bausteinen künftiger Metropolen gehört die Energieversorgung. Mit wachsender Einwohnerzahl steigt zugleich der Bedarf an Strom und Wärme. Diesen Bedarf sicher, bezahlbar und vor allem auch umweltschonend zu erfüllen, ist die Herausforderung für kommunale Energieversorger. Sie müssen dabei ihre Strukturen u.a. den Rahmenbedingungen anpassen, die der Gesetzgeber zur Reduktion von klimaschädlichem Kohlendioxid (CO2) vorgibt.

Grid Edge als intelligente Schnittstelle

Um die erwünschte Dekarbonisierung der Energienetze voran zu treiben, können Stadtwerke dort ansetzen, wo Energieerzeugung und Energieverbrauch zusammenkommen – am „Netzrand“, auch „Grid Edge“ genannt. „Das ist die Verbindung zwischen einem Versorgungsnetz – sei es für Strom, Wärme oder Gas – und einem Konsumenten, etwa einem Gebäude oder einem Industrieunternehmen“, erläutert Dr. Bernd Koch, Leiter des Kompetenzzentrums Dezentrale Energiesysteme bei Siemens.

Dank der Digitalisierung und des technischen Fortschritts bei der Erzeugung und Speicherung regenerativer Energien sind alle Beteiligten mittlerweile in der Lage, sich miteinander zu vernetzen und flexibel zu interagieren. „Das Grid Edge ist heute eine intelligente Schnittstelle, die den Wechsel zwischen schwankendem Bedarf und fluktuierender Erzeugung aktiv managen kann, um zum Beispiel Lastspitzen auszugleichen oder die CO2-Emmissionen zu optimieren“, so Koch.

Wunsiedel – eine Stadt auf dem Weg zur Smart Energy City

Was ist das Ziel?

Wunsiedel, eine Kleinstadt mit rund 9000 Einwohnern am Rand des Fichtelgebirges, hat sich zum Ziel gesetzt, das Energienetz des stadteigenen Versorgers SWW Wunsiedel GmbH bis 2030 zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien zu speisen und es teilautonom zu gestalten. Die Philosophie: „So dezentral wie möglich, so zentral wie nötig.“

Welche Maßnahmen werden dafür umgesetzt?

Die SWW setzt dabei auf ein Bündel von Maßnahmen, die bereits realisiert oder in Zukunft realisiert werden sollen, z.B. Stromerzeugung aus Windkraft und Photovoltaik, Wasserstoff als Energieträger, Kraft-Wärme-Kopplung, Aufbau eines intelligent überwachten und gesteuerten Energienetzes (Smart Grid), Gas- sowie Elektromobilität, Power-to-gas- und Power-to-liquid-Anlagen.

Wie unterstützt Siemens dabei?

Siemens ist mit Wunsiedel eine Städtekooperation eingegangen und unterstützt als Berater, Partner und Technologielieferant. So sind beispielsweise alle Elemente der Energieversorgung durch Siemens MindSphere digital vernetzt. Der – auch kommerzielle – Erfolg des „WUNsiedeler Wegs“ zeigt sich bereits: 2017 hat die Stadt erstmals mehr regenerative Energie erzeugt als sie benötigt. (Quellen: Siemens, SWW GmbH, Stadt Wunsiedel)

Es sind vor allem die digitalen Technologien, die dafür sorgen, dass das Grid Edge intelligenter wird. Smarte Stromzähler und Sensoren, die Daten senden und empfangen können, machen den Energieverbrauch transparent. „Zu wissen, wie hoch die aktuellen Verbräuche sind und wie hoch sie in der Vergangenheit waren, ist die Voraussetzung, um sie in der Zukunft zu optimieren“, sagt Koch. Solche Daten lassen sich schnell und kostengünstig auswerten und ermöglichen genaue Vorhersagen darüber, wann etwa ein Bürogebäude wie viel von welcher Energieform benötigen wird.

Grid Edge macht Wohnquartiere intelligent

Dadurch eröffnen sich auch Stadtplanern neue Perspektiven – zum Beispiel bei der Entwicklung von Neubaugebieten. „Intelligentes Quartiersmanagement sehen wir als zunehmenden Trend, wenn etwa alte Kasernen oder Industriebrachen umgewandelt werden“, so Koch. Dort entstünden zukunftsweisende Wohnflächen, die man sehr effizient über Photovoltaik (PV) und Wärmepumpen mit Energie versorgen könne, „wenn man sie von Beginn an mit einplant“. Etwa, indem der Jahresverbrauch eines solchen Quartiers mit sehr genauen Simulationen berechnet wird, am besten für jede Stunde.

Die Stadt der Zukunft ist vernetzt – und sicher

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„Nachts scheint keine Sonne und im Winter sind die Tage kürzer“, so Koch. „Das sind Herausforderungen für Photovoltaik, die man ausgleichen kann, wenn die Energieversorgung vernünftig gesteuert und die systemische Komponente schon zu Beginn der Planung berücksichtigt wird.“ Hausautomatisierung, intelligente Gebäudesteuerung, Bevorratung mittels Energiespeichern und energetische Standards beim Bauen sind Maßnahmen, die am Ende dafür sorgen, dass der flexible Wechsel zwischen Angebot und Nachfrage gelingen kann.

E-Busse für den Nahverkehr der Zukunft

Auch im Mobilitätssektor schaffen Grid Edge-Lösungen Verbesserungen bei den CO2-Emmissionen. Derzeit liegt der Fokus auf E-Mobility und Batterie-elektrischen Fahrzeugen. Insbesondere der öffentliche Personennahverkehr bietet großes Potenzial für eine dauerhafte Verbesserung der städtischen CO2-Bilanz: Bei einer Fahrleistung von 200 Kilometer pro Tag lassen sich durch einen einzigen E-Bus bis zu 60 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr einsparen.

E-Mobility: Emden auf dem Weg zur Stadt der Zukunft

Die Ausgangslage

In Emden in Niedersachsen unterhält der Autobauer Volkswagen eines seiner größten Werke weltweit. Künftig werden dort nur noch Modelle mit Elektroantrieb gefertigt. Zudem ist dort der VW-Ladehafen beheimatet, über den sämtliche Fahrzeug-Im- und Exporte des Konzerns abgewickelt werden. Die Stadt hat rund 50.000 Einwohner, davon arbeiten rund 10.000 mittel- oder unmittelbar für VW.

Die Herausforderung

VW gewährt seinen Beschäftigten traditionell hohe Rabatte, wenn sie ein Fahrzeug aus der eigenen Produktion kaufen. Es ist daher sehr wahrscheinlich, dass in naher Zukunft auf Emdens Straßen überdurchschnittlich viele E-Autos unterwegs sein werden, deren Akkus geladen werden müssen.

Wie unterstützt Siemens dabei?

2017 ist Siemens eine Technologiepartnerschaft mit der Stadt und dem lokalen Energieversorger, den Stadtwerken Emden eingegangen und unterstützt bei der Digitalisierung sowie dem intelligenten Management des elektrischen Energienetzes. Die Partner arbeiten an einem Pilotprojekt, das die Ladeinfrastruktur in die bestehende Infrastruktur integrieren und die Steuerung des Systems kosteneffizient und sicher gestalten soll. Darüber hinaus soll die rund um Emden stark vorhandene Windenergie eingebunden werden – und damit der CO2-Fußabdruck der lokalen Elektromobilität signifikant gesenkt werden. (Quelle: Siemens)

Kein Wunder, dass viele Städte an E-Lösungen im Nahverkehr arbeiten. In Leipzig etwa setzen die Verantwortlichen im Rahmen ihrer „Mobilitätsstrategie 2030“ verstärkt auf nachhaltige Verkehrskonzepte. Siemens unterstützt die Leipziger Initiative durch den Aufbau einer Ladeinfrastruktur für eine Flotte von Niederflurbussen mit E-Antrieb. Auch in Nürnberg, wo die örtliche Verkehrsgesellschaft ein innovatives E-Bus-Depot plant, steuert Siemens sein Know-how in Sachen Ladetechnik bei.

Siemens begleitet als Partner

Städte und Kommunen, die ihre eigene Netzwende gestalten wollen, brauchen starke und verlässliche Partner. Siemens begleitet sie kontinuierlich von der ersten Planung über die Umsetzung bis hin zur Überwachung im Betrieb. „Wir führen gemeinsam Bestandsaufnahmen der bestehende Energienetze durch, entwickeln Zielvorgaben und zeigen die Alternativen auf, mit denen diese Ziele erreicht werden können“, sagt Bernd Koch.

So gelingen Zukunftsinvestitionen in Krisenzeiten

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Zur Beratungsleistung zählt auch, technisch komplexe Themen graphisch zu veranschaulichen: „Am Ende werden Technologien und Lösungen am Grid Edge nur erfolgreich sein, wenn Entscheider das Potenzial des Grid Edge durchdringen.“ Zusätzlich entwickelt Siemens auch digitale Technologien, wie zum Beispiel Lösungen für Gebäudeautomation und Energiemanagement sowie Hard- und Software zur Steuerung und Optimierung der Energieflüsse.

Finanzierungslösungen und Förderung erleichtern den Wandel

Für die notwendigen Investitionen zur Netzwende bietet Siemens intelligente und flexible Finanzierungsmöglichkeiten an. Und da der Umbau der Energienetze politisches Ziel ist, stellen EU, Bund und Länder auch finanzielle Förderung in Aussicht. Bernd Koch und sein Team aus 150 bundesweit tätigen Ingenieuren, Betriebswirten und Projektplanern unterstützen bei der Wahl der richtigen Förderprogramme und helfen bei der Antragstellung.

Unsere Städte stehen vor großen Herausforderungen, mit Grid Edge kann der Wandel der Energiesysteme gelingen.