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IoT und erneuerbare Energien: Wie GreenTech-Unternehmen ihre Betriebskosten minimieren können

August 26, 2020

Nach der globalen Pandemie und massiven Unterbrechungen in der Lieferkette wird erwartet, dass der Markt für erneuerbare Energien in diesem Jahr um 10% fallen wird. Dennoch liegt der Anteil der alternativen Energiequellen bei 11% des gesamten Energieverbrauchs in den USA. In den EU-Ländern ist ein Wert von 20% des Bruttoendenergieverbrauchs angestrebt.

Unternehmen, die in der nachhaltiger Energieerzeugung tätig sind, setzen aktiv IoT-Technologien ein. Windturbinen, Solarparks und Wasserkraftwerke werden mit Sensoren, Cloud-basierten Plattformen zur Datenanalyse und benutzerorientierten Apps ausgestattet, um Prozesse zu automatisieren und Geräteausfälle zu verhindern. Der wichtigste Faktor ist jedoch für viele Unternehmen, dass mit dem Internet of Things Betriebskosten gesenkt, Finanzmittel für Innovationen erzielt und grüne Energie erschwinglicher gemacht werden können.

GreenTech-Unternehmen sind mit hohen Kosten konfrontiert

  • Kosten für regelmäßige Inspektionen und Wartung der Anlagen. Windturbinen und Sonnenkollektoren werden oft an abgelegenen, schwer zugänglichen, oder sogar gefährlichen Orten installiert. Diese Anlagen müssen regelmäßig kontrolliert und repariert werden. In den USA liegen die Kosten für die Wartung von Windturbinen zwischen $42.000 und $48.000 pro Megawatt (MW). In Europa machen die Betriebs- und Wartungskosten 20-25% der Stromgestehungskosten von Wind- und Solaranlagen aus. Sogar Wasserkraftwerke, die in der Regel wenig Wartung benötigen, verursachen 45 Dollar pro Kilowatt (kW) an Betriebs- und Wartungskosten.
  • Der Bau von Neuanlagen wird durch regulatorische Hürden erschwert. Im vergangenen Jahr hat sich die Windenergie an Land mit einer Gesamtproduktionskapazität von 55 Gigawatt (GW) zur Energiequelle Nummer eins in Deutschland entwickelt. Der Einbau neuer Turbinen wird jedoch durch staatliche Restriktionen erschwert. Die Zahl der erteilten Genehmigungen für Windkraftanlagen ist in drei Jahren um 70% zurückgegangen. Um eine Energieanlage zu eröffnen, müssen GreenTech-Unternehmen bestimmte Vorschriften einhalten, z.B. Mindestabstand zu Flughäfen, Wohngebäuden und Naturschutzgebieten.
  • Das Hinzufügen von neuen Sonnenkollektoren und Windturbinen zum Netz erhöht die Energiepreise. Die Leistung von Sonnenkollektoren sinkt jährlich um 1%. Windturbinen und Photovoltaikanlagen müssen alle 20 Jahre ersetzt werden. Die Geräte werden nur selten recycelt; bis 2050 können bis zu 78 Millionen Tonnen Abfall weltweit durch Solarpanele entstehen. Als Ergebnis haben alternative Energiequellen zu einem Anstieg der Stromkosten von 50% in Deutschland und 250% in Kalifornien beigetragen.
Können IoT-Lösungen grüne Energie möglicherweise zuverlässiger und ressourcenschonender machen?

Wie das IoT im Sektor erneuerbare Energien die Betriebskosten senken kann

Das Internet of Things verbindet alle Elemente der Stromerzeugung und des Stromverbrauchs und verbessert die Kostenkontrolle in jeder Phase des Energieflusses - von der Turbine bis zur Steckdose.

Automatisierte Wartung von Anlagen

Anlagen für die Nutzung erneuerbarer Energien machen ein Drittel der weltweiten Stromanlagen aus. Um die Kosten für ihre Wartung und visuelle Inspektion zu senken, können GreenTech-Unternehmen Anlagen zur Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Strom mit verschiedenen Sensoren ausstatten, darunter Feuchtigkeits-, Vibrations-, Bewegungs-, Temperatur-, Druck- und Korrosionssensoren.

IoT-Geräte erfassen Daten und leiten sie an die Cloud weiter, wo smarte Algorithmen den Anlagenbetrieb analysieren. Kraftwerk-Manager und Außendiensttechniker greifen über Web-, Desktop- oder mobile Applikationen auf die Daten zu und bestimmen, ob menschliches Eingreifen erforderlich sind. Fortgeschrittene IoT-Systeme können auch Edge-IoT-Geräte enthalten, die über genügend Rechenleistung verfügen, um Sensordaten lokal zu verarbeiten und die Maschinen direkt zu steuern.

Sensorbasierte IoT-Lösungen zur Geräteüberwachung können zusammen mit industriellen Inspektionsdrohnen eingesetzt werden. Jüngste Studien zeigen, dass unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) bei der Identifizierung defekter Ausrüstungsteile um 95% effizienter sind als menschliche Arbeitskräfte.

Sicherheit der Mitarbeiter verbessern

Im Vergleich zu anderen Branchen sind tödliche Unfälle im Bereich erneuerbarer Energien relativ selten. Zwischen 2012 und 2016 registrierte das U.S. Bureau of Labor Statistics nur fünf Todesfälle von Arbeitern in Solar-, Wind- und geothermischen Kraftwerken. Vier davon wurden durch Stürze verursacht, während der fünfte auf einen Kraftfahrzeugunfall zurückgeführt wurde.

Die Beschäftigten im Bereich erneuerbare Energien sind den gleichen Risiken ausgesetzt wie in anderen Industriebereichen. Allerdings können Faktoren wie die Höhe der Energieanlagen (Offshore- und Onshore-Windturbinen) und extreme Temperaturen (Solarparks) die Zahl der Todesopfer in Zukunft erhöhen.

Um Risiken zu minimieren, können Drohnen die manuelle Überprüfung der Geräte in abgelegenen und gefährlichen Bereichen übernehmen. Mit Hilfe von Wearables können Unternehmen den Ermüdungsgrad von Mitarbeitern überwachen und Manager alarmieren, wenn Mitarbeiter gefährliche Bereiche betreten. 

Proaktives Netzmanagement

Durch die Platzierung smarter Sensoren entlang Stromverteilungsleitungen, an Umspannwerken und in den Verbraucherhaushalten können GreenTech-Unternehmen Echtzeitdaten über den Stromverbrauch erfassen und optimale Entscheidungen über die Konfiguration des Stromnetzes und die Spannungssteuerung treffen. Viele dieser Entscheidungen können mit KI-Algorithmen und programmierbaren Steuerungen automatisiert werden. Daten zum Stromverbrauch können Versorgungsunternehmen weiterhin dabei helfen, das Stromangebot auszugleichen, um die Nachfrage der Verbraucher zu decken und den gesamten Energieverbrauch zu optimieren.

Sein 2015 arbeiten die Scilly-Inseln (Großbritannien) mit Hitachi zusammen, um die Abhängigkeit der Insel von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Stromrechnungen um 40% zu senken. Um diese Ziele zu erreichen, installierte der Inselrat 400 kW Solarpaneele auf Verwaltungs- und Wohngebäuden und setzte Hitachis IoT-Plattform ein, um den aus erneuerbaren Quellen gewonnenen Strom zu verteilen und die Kohlenstoffemissionen zu kontrollieren.

Ein weiteres Beispiel für Smart-Grid-Lösungen kommt von Shine, einem deutschen Anbieter von dezentralen grünen Energiemanagementsystemen für Smart Homes. Ihr System shineConnect kontrolliert den Stromfluss zwischen Solarmodulen und Energiespeichersystemen in Privathaushalten und verfügt über einen smarten Stromzähler.

IoT und erneuerbare Energien: use it or lose it

Derzeit sind erneuerbare Energien nach wie vor eine stark subventionierte Branche: 2017 erhielten Unternehmen, die sich mit nachhaltiger Energieproduktion beschäftigen, weltweit $ 128 Milliarden, was 20% der direkten Subventionen im Energiesektor ausmacht. Die EU-Länder sind mit 78,4 Milliarden US-Dollar führend in dieser Liste.

Um weitere Unterstützung von Seiten der Regierung, der Wirtschaft und der Verbraucher zu rechtfertigen, sollten GreenTech-Unternehmen Ineffizienzen beseitigen und den ROI maximieren. Hier kommt das Internet of Things ins Spiel. 

Die Auswirkungen von IoT im Bereich der erneuerbaren Energien gehen jedoch weit über die Kostenoptimierung hinaus. Der Ausbau von Windkraftanlagen in Deutschland zum Beispiel könnte zum Aussterben mehrerer gefährdeter Arten führen, darunter der Schweinswal. In Amerika töten Solarparks jährlich über 140 Tausend Vögel. Inzwischen setzen Unternehmen neue Technologien ein, um diese Gefahren zu erforschen, zu dokumentieren und zu mindern.

Adaption des englischen Originals von Anna Sidyuk.

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