Power Up: Versorgungsunternehmen müssen sich auf den steigenden Energiebedarf einstellen
In den letzten Jahrzehnten stagnierte die Energienachfrage in den USA. Die kommenden Jahrzehnte werden jedoch eine ganz andere Geschichte erzählen.
Tatsächlich verzeichnet das Land bereits einen Anstieg des Energieverbrauchs. So haben die Netzplaner im Jahr 2023 ihre Fünfjahresprognose für das Lastwachstum nahezu verdoppelt (von 2,6 % auf 4,7 %). Bis 2028 prognostizieren sie ein Spitzennachfragewachstum von 38 GW – mit weiter steigender Tendenz. Die U.S. Energy Information Administration schätzt, dass der Energiebedarf in diesem Jahr auf 4,112 Mrd. kWh und im nächsten Jahr auf 4,123 Mrd. kWh ansteigen wird.
Was ist der Grund für den höheren Energiebedarf?
Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Wirtschaft, Unternehmen und Verbrauchern entstehen neue Arten von Energielasten. Hier sind drei Beispiele:
Elektrofahrzeuge
Elektrofahrzeuge (EVs) sind auf dem Vormarsch – buchstäblich und im übertragenen Sinne. Je mehr Elektrofahrzeuge unterwegs sind, desto mobiler wird die Energie. Je nachdem, wann und wo sie aufgeladen werden, verbrauchen sie zu unterschiedlichen Zeiten Energie aus dem Stromnetz. Dies erfordert eine dynamische Netzsteuerung in Echtzeit, um die Elektronen dorthin zu bringen, wo sie benötigt werden.
Rechenzentren
Da Rechenzentren neue Anforderungen von künstlicher Intelligenz (KI) bis hin zu virtueller Realität (VR) erfüllen müssen, spielen sie eine immer wichtigere Rolle in unserer digitalen Welt – und verbrauchen immer mehr Strom. Laut Newmark, einem Berater für Gewerbeimmobilien, wird der Stromverbrauch von US-Rechenzentren bis 35 2030 GW erreichen, was fast doppelt so viel ist wie im Jahr 2022. Mit der zunehmenden Technologisierung der Welt wird auch die Nutzung von Rechenzentren weiter zunehmen.
Industrielle Prozesse
Rekordinvestitionen in die US-Fertigung, die durch wichtige Gesetze wie den Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA), den Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors (CHIPS) and Science Act und den Inflation Reduction Act (IRA) unterstützt werden, verleihen der Branche einen enormen Auftrieb. Und viele Produktions- und Industrieprozesse benötigen Wärme, die wiederum mehr Energie verbraucht.
Was das alles für Energieübertragungs- und -verteilungsunternehmen bedeutet
Jetzt ist es an der Zeit, sich auf einen höheren Energiebedarf vorzubereiten. Die Netzinfrastruktur muss in der Lage sein, zweistellige Lastzuwächse in relativ kurzer Zeit zu bewältigen, was eine rasche Planung und den Bau neuer Erzeugungs- und Übertragungssysteme erfordert.
Mehr Stromerzeugung
Da die Energienachfrage steigt, muss mehr Strom erzeugt werden. Da die Energiewende die Verbraucher weg von fossilen Brennstoffen und hin zu nachhaltiger Energie führt, kann ein Großteil dieser Stromerzeugung durch den Ausbau von Windparks, Solarparks und anderen Arten erneuerbarer Energiequellen erfolgen. Traditionelle Kraftwerke wie Gaskraftwerke werden ebenfalls benötigt.
Mehr Übertragungsleitungen
Eine noch größere Herausforderung als die Erhöhung der Stromerzeugung ist die Erhöhung der Anzahl der Übertragungs- und Verteilungsleitungen, die die Energie von den Erzeugungsorten zu den Verbrauchsorten transportieren.
In Kalifornien zum Beispiel kann es 10 Jahre oder länger dauern, eine einzige Hochspannungsleitung zu bauen. An dem Prozess sind zahlreiche Interessengruppen beteiligt, von Landbesitzern, die sich auf die Route der Strecke einigen müssen, bis hin zu Aufsichtsbehörden, die den Bau genehmigen und überwachen müssen. Eine weitere Herausforderung ist das Stromnetz selbst, das unterdimensioniert, viele Jahrzehnte alt und nicht immer in der Lage ist, eine erhöhte Stromübertragung und -verteilung zu unterstützen.
Wir dürfen nicht vergessen, dass das Netzwerk in und für eine frühere Zeit konzipiert wurde. Es hat bisher den wachsenden Energiebedarf gedeckt, ist aber nur begrenzt in der Lage, dies auch in Zukunft zu tun. Eine Erhöhung des Stromflusses im Netz könnte die Infrastruktur überlasten und die Spannungs- und Frequenzstabilität beeinträchtigen.
Mehr Umspannwerke
Neben mehr Leitungen benötigen die Stromübertragungs- und -verteilungsunternehmen auch mehr Umspannwerke, um die Widerstandsfähigkeit des Netzes zu verbessern, erneuerbare Energiequellen zu integrieren, die Entfernung zwischen Stromerzeugung und -verbrauch zu verringern und die Energielasten gleichmäßig zu verteilen.
Die Umspannwerke der Zukunft müssen intelligent und in der Lage sein, mehr Echtzeitdaten zu verarbeiten – von Spannungs-, Durchfluss- und Strommessungen bis hin zu Fehlererkennung, Ereignisprotokollierung und Wartungsaufzeichnungen. Diese digitalen Umspannwerke nutzen Sensoren und diese Echtzeitdaten, um die Fernüberwachung und -steuerung zu unterstützen, digitale Kommunikation zu ermöglichen und eine effiziente und kostengünstige Stromversorgung zu fördern.
Da sie über eigene Computer, Speicher, Netzwerke, Stromversorgung, Kühlung und andere Infrastrukturen für spezifische Arbeitslasten verfügen, werden sie auch als Mikro-Rechenzentren bezeichnet.
Mehr Energiespeicherung
Energiequellen wie Sonne und Wind sind nicht immer vorhersehbar. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken, die zu den gleichen Zeiten die gleiche Menge an Energie erzeugen, beeinflussen Variablen wie Wetter, Anlagenausrichtung und Wartung die Produktion von erneuerbarer Energie.
Speichersysteme dienen sowohl in den Haushalten der Verbraucher als auch in den kommerziellen Systemen der Versorger als Lager für überschüssige Energie, die in sonnigen oder windigen Zeiten erzeugt wird, um sie in Zeiten freizusetzen, in denen diese Ressourcen nicht im Überfluss vorhanden sind. Dies gewährleistet eine konstante Stromversorgung und kann vor Leistungsschwankungen schützen bzw. Spannungseinbrüche und Stromausfälle verhindern.
Neue Berufsbilder
Erinnern Sie sich, was wir über digitale Umspannwerke gesagt haben, die zu Rechenzentren werden? Im Zuge dieses Wandels werden die Mitarbeiter in der Stromübertragung und -verteilung neue Kompetenzen benötigen.
Eine Rechenzentrumsumgebung funktioniert ganz anders als eine OT-Umgebung (z. B. ein traditionelles Umspannwerk). Versorgungsunternehmen benötigen IT-Fachleute, die die Software- und Hardwarekapazitäten in komplexen Umspannwerken mit Servern und anderen Netzwerkgeräten überwachen.
In einigen Fällen können Neueinstellungen erforderlich sein. In anderen Fällen kann die Fortbildung vorhandener OT-Teammitglieder helfen, Lücken zu schließen.
Es ist an der Zeit, die Digitalisierung zu beschleunigen
Da sich die Gesellschaft weiterentwickelt und mehr Energie pro Kopf verbraucht, sind wir alle dafür verantwortlich, Energie auf nachhaltige Weise zu erzeugen, zu übertragen und zu verteilen.
Belden ermöglicht es Energieversorgern und -verteilern, die Digitalisierung zu beschleunigen und in Bereichen wie der Automatisierung von Umspannwerken, intelligenten Stromnetzen und Lastverteilungszentren bessere Ergebnisse als der Branchendurchschnitt zu erzielen.
Die Experten und Berater in unseren Kundeninnovationszentren können Sie bei der Entwicklung einer digitalen Roadmap unterstützen, damit Sie sich schon heute auf die steigende Energienachfrage vorbereiten und die von Ihren digitalen Umspannwerken gesammelten Daten für einen verbesserten Betrieb nutzen können.
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Über den Autor
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Guilhermme Lisboa ist Elektroingenieur und in Brasilien geboren und aufgewachsen. Er erwarb 2007 seinen Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik an der UFPR und absolviert derzeit seinen Master-Abschluss an derselben Universität. Er arbeitet seit 15 Jahren als Systemintegrator mit Schutz- und Steuerungssystemen, vom Lösungsdesign bis zur Inbetriebnahme für Übertragungs- und Verteilungsunternehmen sowie andere große Industrien und U-Bahn-Systeme. Er kam 2021 als Digital Automation Consultant zu Belden und konzentriert sich auf den Energiesektor.