Intelligente Energienutzung dank Smart Data

Von Prof. Dr. Christof Weinhardt Vor 3 JahrenKeine Kommentare
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Das weltweite Marktvolumen für Smart-Data-Lösungen wird Prognosen zufolge bis zum Jahr 2017 auf über 50 Milliarden Euro wachsen. Um dieses Potenzial für die deutsche Wirtschaft zu erschließen, fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) ausgewählte Big-Data-Projekte im Technologieprogramm „Smart Data – Innovationen aus Daten“. Im Energie-Sektor wird unter anderem das Projekt SmartEnergyHub gefördert, das ganze Infrastrukturen wie Flughäfen in Energiezellen verwandelt.

Daten sind im digitalen Zeitalter der Rohstoff für wirtschaftliche Wertschöpfung und in immer größerem Umfang vorhanden: Social Media, Streaming-Dienste sowie die zunehmende Vernetzung im „Internet der Dinge“ tragen zu diesem beispiellosen Wachstum bei. Die Auswertung dieser Daten stellt jedoch eine große Herausforderung dar, die mit klassischen Datenanalysesystemen kaum zu bewältigen ist.

Neue Methoden und Herangehensweisen, die diese Datenmengen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) nutzbar und damit wirklich wertvoll machen, werden unter dem Begriff Smart Data zusammengefasst. Deutschland hat gute Chancen, in diesem Bereich künftig international eine führende Rolle einzunehmen. Heute steht der Einsatz von Smart-Data-Technologien allerdings noch weitgehend am Anfang und konzentriert sich dabei vor allem auf einige spezifische Bereiche wie Online-Marketing und E-Commerce in größeren Unternehmen und Organisationen.

Technologieprogramm fördert Leuchtturmprojekte aus dem Big-Data-Bereich

Mit dem Technologieprogramm „Smart Data – Innovationen aus Daten“ leistet das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) einen wichtigen Beitrag zur breitenwirksamen Erschließung dieses Markts am Standort Deutschland. Das Projekt folgt den Zielstellungen der unter Federführung des BMWi entwickelten IKT-Strategie „Deutschland Digital 2015“ sowie des Zukunftsprojekts „Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft“ im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung.

Gefördert werden insgesamt 13 ausgewählte Leuchtturmprojekte aus den Bereichen Industrie, Mobilität, Energie und Gesundheit. Diese Projekte arbeiten an der Entwicklung innovativer Dienste und Dienstleistungen, die sich speziell an kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) richten. Angesprochen werden dabei Anbieter und Anwender gleichermaßen, um Hürden beim Einsatz von Smart-Data-Technologien zu beseitigen und allen Anforderungen zu entsprechen.

Smart Data im Energiesektor: Vom Smart Meter zu Smart Energy

Im Energiesektor sorgt die stark steigende Anzahl an intelligenten Stromzählern („Smart Meter“) für ein wachsendes Datenaufkommen. Für die Auswertung dieser Daten sind die Versorger noch längst nicht ausreichend vorbereitet. Zu den zukünftigen Handlungsfeldern gehört neben der datenunterstützten Integration des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen, auch die Steuerung von Spannungsschwankungen und Stromausfällen auf Basis von Datenanalysen sowie Verfahren für die Verbrauchsmustererkennung und Prognose künftigen Bedarfs.

Infrastrukturen werden zu Energiezellen

Die Betreiber von wichtigen und teilweise kritischen Infrastrukturen wie Flughäfen, Seehäfen, Industrie- und Chemieparks, Fabriken und Fertigungsanlagen oder Bürogebäuden sind bedeutende Verbraucher und gleichzeitig Erzeuger großer Energiemengen. Darüber hinaus besitzen solche großen Infrastruktursysteme erhebliche Speicherkapazitäten und verfügen über nennenswerte Lastverschiebungspotenziale, was sie für Energieinfrastrukturen höchst relevant werden lässt. Als autonome, separat steuerbare Energiezellen leisten sie einen bedeutenden Teil zur Energiewende, indem sie Schwankungen durch die Einspeisung erneuerbarer Energie ausgleichen können. Wenn beispielsweise der Energiebedarf in einer Region punktuell besonders hoch, die Gesamtenergieeinspeisung aber gleichzeitig auf niedrigem Niveau ist, weil z.B. weder die Sonne scheint noch der Wind weht, kann der lokal angesiedelte Industriepark seine Leistung punktgenau herunterfahren, um das Netz dadurch zu entlasten. Auf der anderen Seite kann die Leistung hochgefahren werden, wenn die Einspeisung in wind- und sonnenreichen Zeiten besonders hoch ist und Überkapazität im Netz herrscht.

Dies bedeutet für die Betreiber eine erhebliche Erweiterung ihres traditionellen Kerngeschäfts und stellt sie damit auch vor neue Herausforderungen. Sie müssen sogenannte Demand-Response-Services in ihrer Rolle als Energiezellen zuverlässig, stabil und kostengünstig erbringen und diese kontinuierlich optimieren. Zudem sehen sich die Betreiber mit veränderten Kostenstrukturen von Energiequellen und Technologien sowie Änderungen der Gesetzgebung konfrontiert – verursacht etwa durch die Ziele der Bundesregierung im Zuge der Energiewende oder des G-7 Gipfels, der eine vollständige Dekarbonisierung der Energieinfrastruktur bis zum Ende des Jahrhunderts beschlossen hat. All dies sind Herausforderungen, auf die Infrastrukturbetreiber klassischerweise nicht vorbereitet sind, denen sie sich künftig jedoch werden stellen müssen.

SmartEnergyHub verwandelt den Stuttgarter Flughafen in eine Energiezelle

Das Team des Smart-Data-Projekts SmartEnergyHub arbeitet derzeit an einer technischen Lösung, um den Stuttgarter Flughafen für diese Aufgaben fit zu machen. Dafür verfolgt das Projekt einen plattformbasierten Ansatz, der Infrastrukturbetreibern und Energieverbünden mithilfe von Sensordaten ein prognose- und marktbasiertes Energiemanagement ermöglicht. Neue echtzeitfähige Energiemanagementsysteme helfen dabei, die dynamischen Entwicklungen im Zuge der Energiewende abzubilden und neue Dienstleistungen und Geschäftsmodelle zu ermöglichen. Die Umwandlung des Stuttgarter Flughafens in eine Vorzeige-Infrastrukturzelle dient dabei als anschauliches Beispiel, das sich später auch auf andere Infrastrukturen wie Bahnhöfe, Seehäfen oder Industrieparks übertragen lässt.

Neu an SmartEnergyHub ist vor allem die ganzheitliche Betrachtung unter Einbeziehung der Faktoren Zeit und Datenvolumen. So soll eine intelligente Nutzung der Datenmengen eine Optimierung des Energiemarktes in Echtzeit ermöglichen und die Kombination unterschiedlicher Faktoren wie etwa „Klima“ und „Fahrgast“ neue, nützliche Vorhersagen ermöglichen. Durch die Betrachtung der Energiezelle in einem größeren Kontext als Teil eines Zellverbunds soll der Datenaustausch zwischen Energiesystemen gefördert und eine Optimierung des Gesamtsystems erreicht werden.

Ziel ist ein IT-Toolkit für Infrastrukturbetreiber

Ganz zu Beginn des Projekts steht der Entwurf der Systemarchitektur, also die Auswahl der Messdaten und Sensoren sowie die Entscheidung, wie die Daten aufbereitet, verwaltet und genutzt werden. Im zweiten Schritt wird dieses theoretische Modell auf seine Praxistauglichkeit getestet. Auf Basis konkreter Business Cases wie etwa der Frage „Wie kann ein Flughafen Geld mit der Lösung verdienen?“ werden mithilfe interner und exogener Datenquellen anschließend präzise Prognosen erstellt.

Das anvisierte Ergebnis des Projekts ist ein IT-Toolkit für Infrastrukturbetreiber, das in der Lage ist, die bestehenden Systeme und bereits erfasste Daten des Infrastrukturbetriebes zu integrieren. Hierfür sind zum einen leistungsfähige, cloudbasierte Datenbanken nötig, die große Datenmengen in kurzer Zeit aufnehmen und verarbeiten können. Zum anderen werden Softwarekomponenten benötigt, die eine einfache und standardisierte Anbindung der Systemelemente sowie deren Steuerung und die Visualisierung zentraler Informationen als Entscheidungsunterstützung ermöglichen.

Das Zusammenführen und die intelligente Verknüpfung der Daten erlauben es, Synergien zu identifizieren und das Gesamtsystem zu optimieren. Nutzer können mit den zusätzlichen Erkenntnissen Maßnahmen zur Energieeinsparung, Kostenoptimierung oder CO2-Reduktion umsetzen. Aus Big Data wird Smart Data und das IT-Toolkit ein wichtiges Werkzeug für die Energiewende.

Vor dem Hintergrund des Technologieprogramms „Smart Data – Innovation aus Daten“ wird deutlich, dass der Einsatz von Smart-Data-Lösungen eine enorme Chance für den Standort Deutschland darstellt. Leuchtturmprojekte wie das Projekt SmartEnergyHub zeigen sowohl die große Vielfalt als auch das Potenzial von Diensten und Dienstleistungen, die auf dieser Technologie aufbauen. Ob für Großunternehmen oder kleine und mittelständische Betriebe: Die Einbindung von Smart Data ist grundlegend für den Erfolg der Digitalisierung in Deutschland.

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Kategorien:
  Energie, Industrie, SmartEnergyHub

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 Prof. Dr. Christof Weinhardt

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Leiter der Begleitforschung des Technologieprogramms „Smart Data – Innovationen aus Daten“ und Direktor am FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe.

Als Wirtschaftsingenieur und promovierter Volkswirt ist Prof. Dr. Christof Weinhardt Experte für Informationswirtschaft und Market Engineering. Er ist Gründer und Direktor des Karlsruhe Service Research Institute (KSRI) und Dekan für Forschung der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sowie Direktor des FZI Forschungszentrum Informatik.

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