Das Internet der Dinge: Rückenwind für die Energiewende

Das Internet der Dinge: Rückenwind für die Energiewende

Das Elektroauto in der Garage beginnt sich aufzuladen, wenn die Windkraftanlage im Jura auf Volltouren läuft, und über eine App können wir unseren Stromverbrauch messen und mit jenem anderer Haushalte vergleichen: Geräte, die über das sogenannte «Internet der Dinge» miteinander kommunizieren, leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende – sowohl auf der technischen Ebene wie auch dort, wo unser Verhalten ausschlaggebend ist.

Das «Internet der Dinge» steht für die Vernetzung von Geräten, Systemen und Dienstleistungen zu intelligenten Systemen. Es basiert auf drei Kernelementen: Netzwerk-Kommunikation, Geräte und Sensoren sowie deren eindeutige Identifikation. Die dafür eingesetzten Technologien sind keineswegs neu. Ein Smartphone beispielsweise hat sämtliche dieser Kernelemente an Bord: WiFi, Bluetooth oder Mobilfunk für die Kommunikation, GPS, Gyroskop oder Mikrofon als Sensoren und die SIM-Karte für die Identifikation. Einige Technologien haben sich aber erst in den letzten Jahren durchgesetzt und dem Internet der Dinge zum Durchbruch verholfen. Dazu zählen die Radio Frequency Identification (RFID) und das Internet Protocol Version 6 (IPv6).

Stossrichtungen der Energiewende

Um zu beurteilen, welchen Beitrag das Internet der Dinge zur Energiewende leisten kann, werfen wir zunächst einen Blick auf die Energiestrategie 2050 des Bundesrates. Neben dem Ausstieg aus der Kernenergie sind die zentralen Stossrichtungen:

  • den Anteil der erneuerbaren Energien erhöhen
  • die Energieeffizienz steigern
  • den Energie- und Stromverbrauch noch weiter senken.

Welche Beiträge das Internet der Dinge in diesen drei Bereichen leisten kann, möchten wir anhand einiger Beispiele beleuchten.

Smart Grids – um den Anteil erneuerbarer Energien zu erhöhen

Strom aus Wind und Sonne ist vom Wetter abhängig und kann im Tagesverlauf stark schwanken. Diese Fluktuation durch das Ab- und Zuschalten konventioneller Kraftwerke auszugleichen, wird zunehmend schwieriger. Sind viele lokale Photovoltaikanlagen vorhanden, kann starke Sonneneinstrahlung zu Stabilitätsproblemen im lokalen Stromnetz führen. Es wird deshalb nötig sein, die ebenfalls zunehmenden neuen Stromverbraucher wie Wärmepumpen und Elektroautos einzubinden: Sie sollten dann Strom beziehen, wenn dieser im Überfluss vorhanden ist, sich idealerweise aber auch ferngesteuert ausschalten lassen. Damit in Zukunft die Netzstabilität gewährleistet und die Potenziale neuer Technologien genutzt werden können, braucht es sogenannte Smart Grids.

Wie ein solches System aussehen kann, zeigt das Smart Grid Real Lab von ewz. Dessen Kernelement ist die sogenannte Gridbox, welche ewz aktuell zusammen mit Partnern entwickelt. Bei dieser Plattform erfassen verteilte Mess- und Steuergeräte im Sekundentakt hochpräzise den Netzzustand und kommunizieren diesen an einen regionalen GridBox-Master. Dort werden die Daten ausgewertet und flexible Anlagen in Echtzeit automatisch gesteuert, z.B. Photovoltaikanlagen, aufladbare Batterien, elektrische Boiler oder Elektromobil-Ladestationen.

Smart Cities – um die Energieeffizienz zu steigern

«Smart Cities» klingt nach ferner Zukunft. Aber das täuscht: In verschiedensten städtischen Bereichen werden heute bereits Geräte und Systeme eingesetzt und vernetzt, um verfügbare Ressourcen effizienter zu nutzen und letztlich auch Energie zu sparen.

Zum Beispiel so:

Mit Hilfe der parku Smartphone App oder über die parku Website lassen sich freie Parkplätze in verschiedenen Schweizer Städten finden. Dies reduziert den Suchverkehr. Die App zeigt bei Eingabe der Zieladresse in Echtzeit eine Liste der verfügbaren Parklücken an.

Seit diesem Sommer sind ausserdem die ersten Low Power Netze der Schweiz in Zürich und Genf verfügbar. Diese Technologie ermöglicht es, kostengünstig eine grosse Anzahl von Objekten zu vernetzen. Damit lassen sich beispielsweise – wie in Barcelona oder Nizza – Strassenbeleuchtungen realisieren, die auf Passanten reagieren.

Smart Buildings – über das Nutzerverhalten noch mehr Energie sparen

Smart Buildings leisten ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz (siehe dazu auch «Wie smart müssen unsere Gebäude sein?»).

Zwei Beispiele dazu:

Im Rahmen eines Energie-Contractings versorgt ewz das innovative Wohnprojekt «mehr als wohnen» mit Wärme und Kälte. Dabei wird die lokal anfallende Abwärme aus dem Rechenzentrum genutzt. Das Wohnprojekt dient zugleich als Untersuchungsobjekt, um den Einfluss des Nutzerverhaltens auf die Reduktion des Energieverbrauchs zu analysieren. Die Studie kommt zum Schluss: «In Ergänzung zu den laufenden Anstrengungen, die Energieeffizienz und den Anteil erneuerbarer Energien im Gebäudepark zu steigern, ist deshalb das Verhalten der Nutzer/-innen stärker als bisher als relevanter Faktor für das nachhaltige Bauen und Wohnen zu berücksichtigen.»

Genau in diese Richtung zielt die erlenapp für das neue Stadtquartier auf dem Erlenmatt-Areal in Basel. Mit Hilfe der kostenlosen App können die Bewohnerinnen und Bewohner mit wenigen Klicks ihren eigenen Energieverbrauch messen, verwalten und mit dem Verbrauch des gesamten Quartiers vergleichen. Möglich wird das durch die Vernetzung der verschiedenen Geräte.

Es bleiben noch offene Fragen

Die bisherigen Ausführungen bestätigen die zwei Grundthesen dieses Blogs: Technik ist der Schlüssel zur Lösung. Aber unser Verhalten wird über den Erfolg entscheiden.

Das Internet der Dinge wirft aber auch (neue) Fragen auf. Zum Beispiel:

Benötigen smarte Systeme vielleicht mehr Strom, als sie einsparen helfen?

Wir meinen, dass diese Gefahr nicht besteht. Einerseits haben sich Sensoren und Netzwerk-Kommunikationskanäle technologisch weiterentwickelt und verbrauchen immer weniger Energie. Prominente Beispiele hierfür sind passive RFID-Transponder, Bluetooth Low Energy oder das Low-Power-Netzwerk (LPN). Anderseits besteht durch Smart Cities und Smart Buildings ein erhebliches Einsparpotenzial.

Setzen smarte Systeme nicht die falschen Anreize, indem sie lediglich die Effizienz statt den Verzicht fördern?

Das ist eine interessante Frage, die man kontrovers diskutieren kann. Aus unserer Sicht können smarte Systeme den Menschen auch bei seinen Verhaltensänderungen unterstützen, wie das oben beschriebene Beispiel über das Nutzerverhalten bei „mehr als wohnen“ oder der Blogbeitrag «Die Einsparziele sind ambitioniert – wie weit bringt uns die Technik?» zeigen. Insofern tragen sie auch zur Suffizienz bei.

Erhöhen smarte Energienetze unsere Abhängigkeit von IT-Systemen und machen unsere Energieversorgung verwundbarer für unbeabsichtigte Ausfälle oder Cyberattacken?

Wir gehen davon aus, dass diese Entwicklung eintrifft. Aber die Erfahrung (z.B. bei Computerviren) zeigt auch, dass als Folge auch das Sicherheitsniveau zunimmt. Dazu braucht es gesetzliche Regelungen, die erst noch erarbeitet werden müssen. Zwei Umstände erschweren jedoch diese Aufgabenstellung:

Viele Energieversorger sind international tätig und müssen ihre Stromnetze somit im Einklang mit unterschiedlichen Gesetzgebungen betreiben.

Bei einer dezentralen Einspeisung werden vermehrt auch private Personen zu Stromversorgern. Die gesetzlichen Regelungen müssen also den Spagat schaffen zwischen «Grossversorgern» und «Kleinversorgern». Private Personen, die Strom produzieren, müssen sich in Zukunft vermutlich stärker mit der Sicherheit ihrer IT-Infrastruktur auseinandersetzen.

Das Internet der Dinge ist nur einer von vielen Bausteinen, die es für das Gelingen der Energiewende braucht. Aber ein fundamentaler: Wir hätten Schwierigkeiten zu erklären, wie die Energiewende ohne diese Technologie realisiert werden soll.

Was denken Sie: Helfen uns intelligente Systeme, unser Verhalten zu ändern? Haben Sie bereits Erfahrung damit?

Ivo Leiss

Ivo Leiss

hat an der Universität Zürich in Naturwissenschaften (Spezialgebiet Geoinformatik) promoviert und befasst sich seit über 20 Jahren mit der Analyse komplexer Daten sowie mit der Entwicklung massgeschneiderter Systeme im Bereich des Mobilitäts-, Infrastruktur- und Umweltmanagements. Er leitet bei Ernst Basler + Partner den Geschäftsbereich Informatik.

Gregor Nyffeler

Gregor Nyffeler

hat an der Universität Bern Biologie (Fachrichtung Geobotanik) studiert und sich anschliessend zum IT System Engineer weitergebildet. Er ist seit 18 Jahren in verschiedenen Führungsfunktionen in der ICT in unterschiedlichen Branchen unterwegs. Er leitet die Informatik des ewz, dem Elektrizitätswerk der Stadt Zürich.
www.powernewz.ch

1 Kommentar

  • Adminia
    1. September 2018 um 0:30

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