Verbindung des Smart Grid und des Klimawandels: Den Weg für eine nachhaltige Zukunft ebnen

Einleitung

Die globale Besorgnis überKlimaWandel hat kritische Niveaus erreicht und drängt zu dringendem Handeln, um seine Auswirkungen zu mildern und zu einer nachhaltigeren Zukunft überzugehen. Der Klimawandel, der durch anthropogene Aktivitäten verursacht wird, erfordert dringendes Handeln zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und zum Übergang zu einer kohlenstoffarmen Energielandschaft. Einer der Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen ist der traditionelle Energiesektor, der überwiegend auf fossilen Brennstoffen basiert. Als Gegenmaßnahme hat sich die Entwicklung und Integration von Smart Grids als vielversprechende Lösung herauskristallisiert. Smart Grids verbessern nicht nur die Effizienz und Zuverlässigkeit der Energieverteilung, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels. Das Smart Grid entwickelt sich zu einem transformativen Paradigma, das fortschrittliche Kommunikations-, Automatisierungs- und Steuerungsfunktionen zur Modernisierung von Stromverteilungssystemen bietet.

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Verständnis von Smart Grids

Ein Smart Grid ist einemoderne EnergieInfrastruktur, die das herkömmliche Stromnetz modernisiert, indem sie modernste Technologien wie Sensoren, Zähler, Kommunikationsnetzwerke und Datenanalyse integriert, um die Verwaltung von Stromerzeugung, -verteilung und -verbrauch zu verbessern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Netzen ermöglichen Smart Grids eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen Verbrauchern und Energieversorgern, wodurch Echtzeit-Überwachung, Datenaustausch, Demand-Response-Mechanismen, effizienter Lastausgleich, optimale Nutzung erneuerbarer Energiequellen und intelligente Entscheidungsfindung ermöglicht werden. Diese digitale Transformation befähigt die Verbraucher, fundierte Entscheidungen über ihren Energieverbrauch zu treffen und so Energieeffizienz und Demand Response zu fördern.

Abb. 1: Smart Grid-Netzwerk

Smart Grids, die die Last verfolgen und intelligentes Laden verwalten, werden bereits in vielen Ländern wie den USA und Portugal eingeführt. Bis zum Ende des Jahrzehnts wird mindestens eine teilweise Smart Grid-Einführung erwartet, um dazu beizutragen, den Bedarf an Netzerweiterungen aufgrund des Ladens von Elektrofahrzeugen zu reduzieren oder zu vermeiden, indem Spitzenlastereignisse reduziert oder vermieden werden. Langfristig, wenn Elektrofahrzeuge mehr als ein Drittel des Gesamtbestands ausmachen, wird die Smart Grid-Einführung erforderlich sein, um sehr große Investitionsbedarfe zu vermeiden. Langfristig werden Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologien es ermöglichen, Fahrzeuge an intelligente Ladegeräte anzuschließen, um das System auszugleichen. Elektrofahrzeuge werden die Netzstabilität unterstützen, anstatt ein Engpass für die Anforderungen an den Netzausgleich zu sein.

Integration von Smart Grids und Klimaschutz

·Integration erneuerbarer Energien: Erleichterung der Dekarbonisierung

Erneuerbare EnergienQuellen wie Solar- und Windenergie spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen. Smart Grids ermöglichen die nahtlose Integration und Verwaltung dieser intermittierenden Energiequellen und fördern so einen umweltfreundlicheren Energiemix.

o Laut der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) könnten erneuerbare Energien bis 2050 bis zu 86 % der weltweiten Stromversorgung bereitstellen und so einen wesentlichen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels leisten.

Investitionen in Stromnetze wachsen, mit ehrgeizigeren Netzplänen zur Erleichterung der Elektrifizierung der Wirtschaft und der Integration erneuerbarer Energien

Die Investitionen in Stromnetze stiegen 2022 um rund 8 %, da sowohl entwickelte als auch aufstrebende Volkswirtschaften die Investitionen zur Unterstützung und Ermöglichung der Elektrifizierung von Gebäuden, Industrie und Verkehr sowie die Einbeziehung variabler erneuerbarer Energien in das Stromsystem beschleunigten.

·Energiespeicherung und Netzflexibilität: Minderung der Intermittenz

Energiespeichersysteme sind entscheidend für die Stabilisierung des Netzes und die Gewährleistung einer konsistenten Stromversorgung aus erneuerbaren Energien. Smart Grids optimieren die Nutzung der Energiespeicherung und reduzieren die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffreserven.

o Der Einsatz von Energiespeichersystemen könnte bis 2050 zu einer Reduzierung der Kohlenstoffemissionen aus dem Stromsektor um 50 % führen, wie von der Global Battery Alliance berichtet.

·Verteilte Energieressourcen (DERs): Ermächtigung lokaler Lösungen

Verteilte Energieressourcen wie Solarmodule auf dem Dach und kleine Windturbinen erhöhen die Netzresilienz und verringern die Übertragungsverluste, indem sie Strom näher an den Verbrauchspunkten erzeugen.

o Eine Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) schätzt, dass die Integration von DERs die Treibhausgasemissionen in den nächsten zehn Jahren um 5–10 % reduzieren könnte.

·Echtzeit-Überwachung und Datenanalyse: Präzision in Aktion

Smart Grids nutzen Echtzeit-Überwachung und Datenanalyse, um die Energieverteilung zu optimieren, Verschwendung zu reduzieren und die Gesamteffizienz zu verbessern.

o Das US-Energieministerium (DOE) geht davon aus, dass fortschrittliche Datenanalysen zu Energieeinsparungen von bis zu 10 % in Gebäuden führen können, was sich direkt auf die Kohlenstoffemissionen auswirkt.

Investitionen in die digitale Infrastruktur in Übertragungs- und Verteilungsstromnetzen, 2015-2022

Smart Grids können die Netzintegration vonElektrofahrzeug-Ladenermöglichen, indem sie Transparenz und Kontrolle bieten, um Engpässe im Netz zu überwinden. Die digitale Infrastruktur wird in Stromnetzen, sowohl in der Verteilung als auch in der Übertragung, immer wichtiger. Die Investitionen in die Netzinfrastruktur stiegen 2022 um rund 7 % gegenüber 2021. Es gab erhebliche Investitionen und Fortschritte in der öffentlichen Infrastruktur für Elektrofahrzeuge, die sich 2022 weiter ausweitete und im Laufe des Jahres um über 75 % zunahm.

Vorteile und Auswirkungen

·Reduzierung des CO2-Fußabdrucks durch effizienten Betrieb

Smart Grids ermöglichen ein besseres Demand Management und einen besseren Lastausgleich und reduzieren so die Notwendigkeit, ineffiziente und kohlenstoffintensive Notstromaggregate während der Spitzenlast zu betreiben.

o Die Europäische Kommission schätzt, dass die weit verbreitete Einführung von Smart Grids bis 2030 zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 9 % führen könnte.

o Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) könnte die Verbesserung der Energieeffizienz durch Smart Grid-Technologien den weltweiten Stromverbrauch um rund 10 % senken und die Kohlendioxidemissionen bis 2040 um etwa 1,5 Milliarden Tonnen reduzieren.

·Resilienz-Verstärkung angesichts klimatischer Extreme

Smart Grids erhöhen die Netzresilienz, indem sie Fehler schnell erkennen und isolieren, Ausfallzeiten während extremer Wetterereignisse minimieren und den mit der Instandhaltung des Netzes verbundenen CO2-Fußabdruck reduzieren.

o Das Electric Power Research Institute (EPRI) legt nahe, dass intelligente Stromnetze bis zu 80 % der Ausfälle verhindern können und somit die Freisetzung von CO2-Emissionen durch Netzstörungen minimieren.

·Energieeffizienzverbesserung für nachhaltiges Wachstum

Intelligente Zähler und Echtzeitdaten ermöglichen es den Verbrauchern, ihren Energieverbrauch zu überwachen und zu verwalten, was zu einer Reduzierung der Energieverschwendung und geringeren Emissionen führt.

o Das American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) gibt an, dass allein intelligente Zähler zu Energieeinsparungen von 5-15 % führen können, was zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen führt.

o So hat beispielsweise die Europäische Union das Ziel gesetzt, dass bis 2020 mindestens 80 % der Haushalte mit intelligenten Zählern ausgestattet sind, was zu Energieeinsparungen von bis zu 9 % beim Stromverbrauch führen kann

Herausforderungen und Überlegungen

Obwohl die potenziellen Vorteile der Integration intelligenter Stromnetze in die Klimaschutzmaßnahmen erheblich sind, müssen mehrere Herausforderungen angegangen werden:

Infrastrukturinvestitionen: Der Übergang zu intelligenten Stromnetzen erfordert erhebliche Anfangsinvestitionen in Technologie und Infrastruktur. Regierungen, Versorgungsunternehmen und Interessengruppen müssen zusammenarbeiten, um diese Fortschritte zu finanzieren.

Datenschutz und -sicherheit: Intelligente Stromnetze erzeugen riesige Datenmengen, was Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes und der Cybersicherheit aufwirft. Der Schutz von Verbraucherdaten und Netzbetrieb ist von größter Bedeutung.

Interoperabilität und Standards: Die Entwicklung gemeinsamer Standards für Kommunikationsprotokolle und Datenformate ist unerlässlich, um eine nahtlose Integration verschiedener Komponenten intelligenter Stromnetze zu ermöglichen.

Unzureichende Marktrahmenbedingungen: Die Marktgestaltung und der Regulierungsrahmen in den meisten Ländern bieten keinen Mechanismus für die Vereinbarung von Flexibilitätsdienstleistungen zwischen Verteilnetzbetreibern (VNB) und Verbrauchern

Politische und regulatorische Rahmenbedingungen:

Regierungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Schaffung eines förderlichen Umfelds für den Einsatz intelligenter Stromnetze. Unterstützende Maßnahmen wie Anreize für die Technologieakzeptanz, CO2-Bepreisungsmechanismen und Auflagen für erneuerbare Energien können die Integration intelligenter Stromnetze beschleunigen und die Klimaschutzmaßnahmen fördern. Die Entwicklung eines umfassenden politischen Rahmens ist entscheidend, um die Vorteile intelligenter Stromnetze zur Reduzierung der Treibhausgas (THG)-Emissionen erfolgreich umzusetzen und zu maximieren. Im Folgenden werden einige politische Empfehlungen und Überlegungen zur Schaffung einer wirksamen Politik für intelligente Stromnetze aufgeführt:

Festlegung klarer Ziele für erneuerbare Energien: Festlegung ehrgeiziger Ziele für die Integration erneuerbarer Energiequellen in den Energiemix. Diese Ziele sollten mit den umfassenderen Klimazielen übereinstimmen und die Einführung von Technologien für intelligente Stromnetze fördern, die die Integration erneuerbarer Energien erleichtern.

Anreize für die Technologieakzeptanz: Bereitstellung finanzieller Anreize, Zuschüsse, Steuererleichterungen oder Subventionen für Versorgungsunternehmen und Verbraucher, um Technologien für intelligente Stromnetze einzuführen. Dies kann dazu beitragen, die anfänglichen Implementierungskosten auszugleichen und den Technologieeinsatz zu beschleunigen.

Datenschutz- und Sicherheitsbestimmungen: Einrichtung robuster Datenschutz- und Sicherheitsbestimmungen, um sicherzustellen, dass die Erfassung, Übertragung und Speicherung von Energieverbrauchsdaten vor Cyber-Bedrohungen und unbefugtem Zugriff geschützt sind.

Unterstützung für Energiespeicherung: Bereitstellung von Anreizen für den Einsatz von Energiespeichersystemen, wie z. B. Batterien, die überschüssige erneuerbare Energien für die Nutzung in Zeiten der Nachfragespitze oder bei geringer Erzeugung erneuerbarer Energien speichern können.

Investitionen in Forschung und Entwicklung: Zuweisung von Mitteln für Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die sich auf die Weiterentwicklung von Technologien für intelligente Stromnetze, Energiespeicherung, Demand-Response-Algorithmen und die Integration neuer Technologien wie Elektrofahrzeuge konzentrieren.

Durch die Einführung eines ganzheitlichen und anpassungsfähigen politischen Rahmens, der regulatorische, wirtschaftliche, technische und soziale Aspekte berücksichtigt, können Regierungen ein Umfeld schaffen, das die weit verbreitete Einführung von Technologien für intelligente Stromnetze und die erhebliche Reduzierung der THG-Emissionen aus dem Energiesektor begünstigt.

Schlussfolgerung

Die Konvergenz intelligenter Stromnetze und Klimaschutz ist nicht nur unerlässlich, sondern auch eine Gelegenheit, die Energielandschaft zu revolutionieren. Durch die Förderung der Integration erneuerbarer Energien, die Förderung der Energieeffizienz und die Verbesserung der Netzzuverlässigkeit können intelligente Stromnetze einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und zur Förderung des globalen Kampfes gegen den Klimawandel leisten. Die Beziehung zwischen Klimawandel und intelligenten Stromnetzen ist eine entscheidende und symbiotische Beziehung, die ein erhebliches Potenzial zur Bewältigung der Herausforderungen birgt, die unser sich veränderndes Klima mit sich bringt. Intelligente Stromnetze bieten mit ihren fortschrittlichen Technologien und intelligenten Systemen einen vielschichtigen Ansatz, um sowohl die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern als auch sich an seine Folgen anzupassen.

Die Konvergenz neuer Technologien wie 5G, Internet der Dinge (IoT) und künstliche Intelligenz (KI) mit intelligenten Stromnetzen birgt ein immenses Potenzial für noch größere Klimaschutzmaßnahmen. Diese Technologien können die Netzflexibilität erhöhen, den Energiehandel optimieren und ein ausgefeilteres Demand-Side-Management ermöglichen. Wenn Regierungen, Industrien und Einzelpersonen diese Transformation annehmen, wird eine sauberere, nachhaltigere Zukunft zu einer erreichbaren Realität.

Referenzen –

1.https://www.pewresearch.org/global/2015/11/05/1-concern-about-climate-change-and-its-consequences/

2.https://www.forbes.com/sites/globalcitizen/2021/10/28/increasing-global-concern-about-the-climate-is-a-message-to-world-leaders/?sh=5819ad2ac11f

3.https://smartgrid.ieee.org/bulletins/january-2021/climate-change-decarbonization-and-smart-grid

4.https://iea.blob.core.windows.net/assets/e0d2081d-487d-4818-8c59-69b638969f9e/GlobalElectricVehicleOutlook2022.pdf

5.https://seors.unfccc.int/applications/seors/attachments/get_attachment?code=W045A8IU0TO9N7RK6PTDP7XKX40IAV7H

6.https://bridges.monash.edu/articles/journal_contribution/Smart_Grids_Opportunities_for_Climate_Change_Mitigation_and_Adaptation/10064450/1

7.https://www.lumenci.com/post/smart-grid-technology

8.https://www.elprocus.com/overview-smart-grid-technology-operation-application-existing-power-system/

9.https://www.nanowerk.com/smart/smart-grids-explained.php