Symbolbild: Die Hand eines Mannes in Nahaufnahme. Sie hält ein Smartphone.
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Das Energiesystem wird digital

Ob intelligente Stromnetze oder digital verbundene Gebäude, Wohnquartiere und Fabriken Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind der Schlüssel für eine zunehmend energieeffiziente, dezentrale und flexible Energie-Infrastruktur. Die Digitalisierung kann in den Bereichen Verkehr, Industrie, Strom und Wärme dazu beitragen, natürliche Lebensgrundlagen zu sparen.

Intelligente Navigationssysteme, die Verkehrsdaten in Echtzeit untersuchen, können Autos geschickt durch den Stadtverkehr und an Staus vorbeilotsen. Kommunizieren die Fahrzeuge dann noch miteinander (Car-to-Car-Kommunikation) schonen wir auf unseren täglichen Routen nicht nur unsere Nerven. Laut aktueller Studien könnten wir so bis zu 20 Prozent Treibstoff einsparen. Gleichzeitig wird der Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase gesenkt.

Automatisch gesteuerte Roboter-Arme an einem Fließband in einer Fabrik
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In digitalisierten Industrieprozessen kommunizieren Maschinen, Produktionsanlagen und Bauteile untereinander, tauschen in Echtzeit Daten aus und koordinieren die Fertigung vollautomatisch.

Noch mehr Ressourcen lassen sich einsparen, wenn wir Car-Sharing oder den öffentlichen Personennahverkehr nutzen und Fahrrad fahren. Diese Fortbewegungsmittel lassen sich zum Beispiel über Handy-Apps digital verknüpfen und machen so insbesondere in Städten den Verzicht aufs Auto immer attraktiver.

In der Industrie  kann die intelligente Kommunikation von Maschinen miteinander den Energie- und damit den Ressourcenverbrauch senken. Digitale Lösungen bieten zudem wirtschaftliche Chancen für Unternehmen. Diese können neue Geschäftsmodelle entwickeln oder Dienstleistungen anbieten, die unseren Alltag erleichtern und den Energieverbrauch senken.

Computer steuern das Energiesystem der Zukunft

Wer an Energieforschung denkt, hat meist große Windräder, Solarzellen oder Wasserstoff-Tanks vor Augen. Ein wichtiger Bestandteil der Energieforschung ist nämlich auf den ersten Blick oft nicht zu erkennen: Software, mit der Stromnetze bestmöglich gesteuert werden, Energie-Management-Systeme, die den Strom dorthin leiten, wo er gebraucht wird oder die Kommunikation zwischen Maschinen (M2M-Kommunikation).

Die Grafik zeigt den Smart-Meter-Kreislauf bestehend aus Smart Meter, Netzwerkübermittlung, Energieversorger und Datenanalyse
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So funktioniert es: Der Smart Meter in einem Haushalt sammelt Daten zum Stromverbrauch und übermittelt sie digital an den Energieversorger. Dieser analysiert die Daten und gibt dem Verbraucher Feedback. So weiß der Verbraucher, wo er künftig Strom sparen kann.

Im Zuge der Energiewende werden immer mehr Erzeuger in Form dezentraler Windparks und Photovoltaik-Anlagen an das Stromnetz angeschlossen. Andererseits sollen Verbrauchsstellen aktiv zur Flexibilisierung des Energiesystems beitragen. Je mehr steuerbare Energieerzeugungsanlagen und je mehr flexible Verbrauchsstellen Teil der Strom- und Wärmeversorgung werden, desto schneller und besser müssen einzelne Akteure miteinander kommunizieren. Nur so bleibt die Versorgung in Zukunft sicher.

Stromzähler werden schlau

Erreicht wird dies zum Beispiel durch den flächendeckenden Einbau intelligenter Messsysteme, Smart Meter genannt. Sie bestehen aus digitalen Stromzählern, sogenannten modernen Messeinrichtungen, und sicheren, standardisierten Kommunikationseinheiten (Smart-Meter-Gateway). 

Durch solche Fortschritte bietet die Digitalisierung eine große Chance für die Energiewende: Mithilfe digitaler Lösungen ist es möglich, dezentrale Energieerzeugungs-Anlagen mit Stromnetzen und Verbrauchern so zu verbinden, dass der grüne Strom genau dorthin gelangt, wo er gebraucht wird. So lässt sich die Energieversorgung bestmöglich planen und überwachen  vom privaten Haushalt bis zum Windpark. Werden gleichzeitig Erzeugungsanlagen und Speicher sinnvoll miteinander gekoppelt und gesteuert, müssen Wind- oder Photovoltaikanlagen nicht mehr so oft abgeregelt werden. Das erhöht den Anteil von Öko-Strom im Netz.

Rechenzentren dienen als digitale Schnittstellen

Ob Industrie, Energieversorgung oder Verkehr – in allen energieintensiven Branchen sind Computer, große Speichereinheiten und spezielle Netzwerkkomponenten unverzichtbar geworden.

Eine Frau und ein Mann schauen arbeiten an einem Laptop in einem Server-Raum.
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In einem Rechenzentrum, auch Data Center, bringen Unternehmen ihre Computer und die dazugehörige technische Infrastruktur unter. Weil die Geräte stets im Einsatz sind, verbrauchen Rechenzentren sehr viel Strom.

Große Rechenzentren bieten den Platz und die Infrastruktur, um digitale Prozesse und cloudbasierte Software-Lösungen auszuführen oder Erzeugungsanlagen zu steuern.

Da überrascht es kaum, dass Rechenzentren als besonders große Stromfresser gelten. Sie verbrauchen rund ein Drittel des Stroms der gesamten Informations- und Kommunikationstechnik in Europa. Alleine in Deutschland benötigt die Internetinfrastruktur (Netz,  Server und Rechenzentren etc.) derzeit rund 55 Milliarden Kilowattstunden Strom. 

Die Kühlung macht einen Großteil des Energiebedarfs von Rechenzentren aus. Moderne Konzepte zur Kühlung können den Energieverbrauch um bis zu vierzig Prozent senken. Zudem können mit der abgeführten Wärme der Computer Büroräume oder andere Gebäude geheizt werden.

Digitales Energiesystem muss angriffssicher sein

Um die Energieeffizienz digitaler Prozesse zu steigern, verbessern Fachleute stetig die Abläufe sowie die einzelnen Bestandteile. Je besser eine Software mit der Hardware harmoniert, desto wirksamer und schneller können Informationen übertragen werden.

Die Grafik zeigt eine geöffnete Handfläche, die eine Illustration von Wolken (Symbol für Daten-Cloud) hält.
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Viele Organisationen und Unternehmen haben kein eigenes Rechenzentrum. Sie lassen ihre Cloud-Plattform von Dritten in einem externen Rechenzentrum hosten und verwalten. Das kann ein Risiko für die Datensicherheit darstellen.

Dazu ist es wichtig, Schnittstellen zur Verfügung zu stellen, gemeinsame Standards aufzubauen und Daten frei verfügbar zu machen (sogenannte Open Data).

Durch die Digitalisierung wird unser Energiesystem nicht nur effizienter. Internet of Things, Big Data oder künstliche Intelligenz machen das Energieversorgungssystem auch vielschichtiger und damit anfälliger.

Insbesondere kritische Infrastrukturen wie große Kraftwerke, Übertragungsnetze und Großspeicher müssen gegen IT-Angriffe von außen gut geschützt, regelmäßig gewartet und auf dem neuesten technischen Stand gehalten werden. Darum ist es gerade in diesen Bereichen so wichtig, an noch besseren Schutzkonzepten, robusterer Hardware und sicherer Software zu forschen.

Grafische Darstellung der Erde mit Lichtern, Globus
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