Die Zukunft der erneuerbaren Energien: IT-Lösungen für die Industrie

Fakten und Zahlen: Analyse des Marktes für erneuerbare Energien

Heutzutage machen erneuerbare Energiequellen 25% des gesamten Energiemarktes aus. Laut McKinsey werden erneuerbare Energien bis 2035 50% des Marktes übernehmen, mit dem anschließenden Wachstum auf fast 75% der globalen Stromproduktion bis 2050. Das heißt in der Zukunft wird die Entwicklung erneuerbarer Energien weiterhin ein rasches Tempo haben.

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Der US-Markt für alternative Energiequellen, der 2018-2019 stetig gewachsen ist, dient als gutes Beispiel für die Marktveränderungen und Schlüsselfaktoren, die das Wachstum der Branche unterstützen und die Entwicklung der Nutzung von erneuerbaren Energien darstellen:

• Die sinkenden Kosten der Wind- und Solarstromerzeugung
• Zunehmende Einführung von intelligenten Stromnetzen und verbessertes Fachwissen im Bereich der Integration von verschiedenen Arten erneuerbarer Energie in die Stromnetze

• Verbesserung der Batteriespeicher
• Robuste Nachfrage nach nachwachsenden/ erneuerbaren Rohstoffen aus verschiedenen Marktsegmenten

Im Jahr 2017 repräsentierten freiwillig installierte Solaranlagen 52 % der sich in der Entwicklung befindlichen Solarprojekte auf der Ebene der Versorgungsunternehmen. Dieser Anstieg kann auf die steigende Nachfrage der Unternehmen nach konzentrierter Solarenergie und anderen erneuerbaren Energiequellen zurückgeführt werden. Letztes Jahr kauften US-Konzerne über 5 Gigawatt erneuerbarer Energie und stellten dadurch einen neuen Beschaffungsrekord für diesen Sektor auf. Staatliche und lokale Richtlinien sowie Steuergutschriften unterstützen auch das weitere Wachstum des amerikanischen Marktes für erneuerbare Energien. Hawaii und Kalifornien haben sich das ehrgeizige Ziel gesetzt - bis 2045 zu 100% erneuerbar zu werden. Darüber hinaus gaben Bürgermeister*innen von über 200 Gemeinden ihre Pläne bekannt, bis 2035 auf lokaler Ebene auf 100% erneuerbare Energien umzustellen.

Auf der detaillierteren Ebene erkennen die Verbraucher auch zunehmend die Vorteile von erneuerbaren Energien. Im letzten Jahr überstieg die Anzahl von installierten Solarzellen (Einzel- und Firmenanlagen) 2 Millionen und scheint sich bis 2023 zu verdoppeln. Außerdem legen 53% der Verbraucher großen Wert darauf, dass ein bestimmter Anteil ihrer Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Als Antwort darauf erwägen 48% der Unternehmen, mehr Strom aus erneuerbaren Quellen zu beschaffen.

Der Appetit auf erneuerbare Energien ist auf dem europäischen Markt ebenfalls stark. Im Jahr 2018 übertraf die Nachfrage 500 TWh, dabei nehmen Frankreich und die Niederlande die führende Positionen ein. Wasserkraft - die verbreitetste Energiequelle - hielt einen Versorgungsanteil von 56% im Jahr 2018 im Vergleich zu 64% im Jahr 2017 aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit von Solar- und Windenergie. Da darüber hinaus die Neufassung der Richtlinie über erneuerbare Energien bis 2030 in diesem Jahr in Kraft getreten ist, wird die Nachfrage nach Biomassenbrennstoff und -energie in den nächsten Jahren steigen. Ähnlich wie in den USA treiben lokale Initiative das Wachstum des Sektors voran. Den Haag in den Niederlanden hat das Ziel, bis 2040 100% klimaneutral zu werden und innerhalb der nächsten 5 Jahre mindestens 4 geothermische Heizwerke in der Stadt eröffnen. Mehrere Projekte zur geothermischen Erwärmung und Kühlung von Bezirken und Einrichtungen wurden erfolgreich an den folgenden Standorten durchgeführt:

• München, Deutschland: Eine Mini-Anlage, die rund 16.000 Haushalte mit Wärme versorgt.

• Paris, Frankreich: Der Flughafen Orly hat ein geothermisches Kraftwerk zur Beheizung seiner Gebäude errichtet.

• Thisted, Dänemark: die lokale Heizungsfirma im Verbraucherbesitz hat eine geothermische Anlage für Fernwärme errichtet.

Die Zukunft der erneuerbaren Energien ist vielversprechend in Hinsicht auf Anforderungen und Vorschriften. Die größte Frage ist jedoch, ob die Energieversorger diese ehrgeizigen Ziele umsetzen können.

Wie kann systemweite Digitalisierung den Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energie beim Skalieren und Florieren helfen

Da erneuerbare Energien als "natürlich" gelten, sind sie mit einem höheren "Unsicherheitsfaktor" verbunden, was den Anlagenbetrieb und die Wartungsprozesse komplexer macht. Ungünstige Wetterbedingungen können die Windkraftanlagen leicht beschädigen, aber auch längere Leerlaufzeiten sind kostspielig. Wartungen und Reparaturen vor Ort, insbesondere an abgelegenen, schwer zugänglichen Orten, können die Betriebskosten erheblich erhöhen und die Wirtschaftlichkeit senken.

Unternehmen, die verschiedene Arten erneuerbarer Energien erzeugen, nutzen Analysen, die jedoch in den meisten Fällen deskriptiv sind und keine Echtzeit-Einblicke ermöglichen. Ältere Überwachungssysteme verlieren auch an Wirksamkeit, weil sich die Anlagen vergrößern, die Netze komplexer werden und mehr Teilnehmer sich den erneuerbaren Energiesystemen anschließen. Daher suchen Marktführer aktiv nach neuen technischen Lösungen:

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Seit 2018-2019 rückten mehrere andere Technologien in den Vordergrund der Unternehmensinvestitionen in diesem Bereich:

• Cloud-Computing ist das Rückgrat für jede Digitalisierungsinitiative, da es unternehmensweite Konnektivität und Datenaustausch ermöglicht.

• Industrielle IoT-Lösungen geben den Anlagenbetreibern die Möglichkeit, eine Vielzahl von Daten über die Anlagenleistung (von der Temperatur bis zu Schall und Vibrationen) zu sammeln und es zur weiteren Analyse zu senden.

• Big Data and Predictive Analytics– die Algorithmen der neuen Generation operationalisieren Daten aus verschiedenen Quellen (interne Systeme, IoT-Devices, externe Partner) und liefern verwertbare Erkenntnisse in Echtzeit. Solche Lösungen können dazu beitragen, Ausfallzeiten zu vermeiden, Geräteausfälle zu antizipieren und den Wert der Energieerzeugung zu steigern.

In den folgenden Abschnitten geben wir einen ausführlichen Überblick über IT-Lösungen für erneuerbare Energien bzw. Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind.

IT-Lösungen für die Windenergiebranche

Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit sind für Windparkbetreiber von entscheidender Bedeutung, da die Wartung teuer und zeitaufwendig sein kann. Wenn beispielsweise bei ungünstigen Wetterbedingungen ein plötzlicher Ausfall eintritt, kann der Zugang zur Windenergieanlage beschränkt sein, was zu längeren Ausfallzeiten und damit zu Rentabilitätsverlusten führt. Durch die Umstellung auf die leistungsfähigen Technologien wie IoT, Big Data und vorausschauende Analysen können die Windparkbetreiber die Leistung von Windkraftanlagen erheblich und nachhaltig erhöhen und zugleich die O&M-Kosten reduzieren. Aber warten Sie, es gibt noch mehr!

Digitaler Zwilling ist eine weitere Technologie, die für den Bereich der erneuerbaren Energien von großem Nutzen ist. Es ermöglicht das Erstellen von virtuellen Kopien technischer Systeme, Anlagen und Prozesse. Ein digitaler Zwilling ist eine codebetriebene Repräsentanz einer tatsächlichen Windkraftanlage, die durch angeschlossene Systeme ständig mit neuen Daten von ihrem physischen Gegenstück versorgt wird.

Ein prädiktiver Algorithmus, der den Zwilling antreibt, operationalisiert alle eingehenden Daten und kann verwendet werden, um verschiedene Arten von Nutzungsszenarien abzubilden:

• Die Leistung und Rentabilität können unter verschiedenen Bedingungen beurteilt werden

• Die Echtzeit-Überwachung und digitale Inspektionen werden sichergestellt

• Die Fehlervorhersage und dynamische Wartung werden aktiviert

• Die Arbeit der Techniker vor Ort wird erleichtert und verbessert usw.

Zum Beispiel, hat ein Finnischer Windparkbetreiber, der die nördlichsten Windkraftanlage der Welt betreut, einen digitalen Zwilling erfolgreich implementiert, um den Bedarf an physischen Inspektionen unter extremen Wetterbedingungen zu reduzieren.

GE Renewable Energy Unit griff die Idee auf und führte sie noch weiter. Das Unternehmen entwickelte eine umfassende Predictive Analytics Suite, die digitale Replikation der Infrastruktur für einen Windpark ermöglicht, um Daten auf Anlagen-, Farm- und Flottenebene zu sammeln und zu analysieren. Darüber hinaus beurteilt das System externe Daten, einschließlich Wetter-, Service- und Leistungsberichte von ähnlichen Windturbinenmodellen, um Vorhersagen zu verbessern.

In ihrer aktuellen Fallstudie deutet das Unternehmen darauf hin, dass es ihm mit seinem neuen System gelungen ist, die durch Planetengetriebsprobleme verursachten Ausfallzeiten und Schäden erheblich zu reduzieren, was zu einer Kosteneinsparung von insgesamt 80.000 $ pro Ereignis geführt hat.

IT-Empfehlungen für Windparkbetreiber

• Implementierung des Systems Digitaler Zwilling.

• Software zur Standortbestimmung von Windparks ermöglicht erweiterte Geländeanalyse, Erstellung von 3D-Modellen und Visualisierung von Windparks.

• Configuration-Management der Turbinenregler erleichtert Verwendung und Verwaltung von Parameterkonfigurationen der Turbinen und dient zur Messung von Anlagenleistung.

• Andere digitale Lösungen für Systemintegrationsunterstützung, Laufzeitverlängerung und Kostenreduzierung.

IT-Lösungen für die Solarenergiebranche

Big Data Analytics und IoT haben auch transformative Einflüsse auf den Solarenergiemarkt. Die Solarenergiesysteme können mit IoT-Sensoren ausgestattet werden, welche die Echtzeit-Leistungsdaten an ein zentrales Bedienpult übertragen. Auf diese Weise könnten Probleme am Ursprungsort frühzeitig erkannt werden, damit proaktive Maßnahmen ergriffen werden könnten, bevor ein systemweiter Ausfall auftritt.

IoT ermöglicht Ferndiagnosen durch das Erfassen einer Vielzahl von Hardware-, Netzwerk- und Umgebungsinformationen, die durch prädiktive Analyse-Algorithmen weiter operationalisiert werden. Außerdem sind einige IoT-basierte Solarprojekte darauf ausgerichtet, die Genauigkeit der Messung zu verbessern, wodurch die Kosten sowohl für Energieversorger, als auch für Stromverbraucher gesenkt werden können.

Die Digitalisierung von Solarkraftwerken führt auch neue Geschäftsmodelle ein. Da die Installation von Solaranlagen auf privaten Wohngebäuden ein starkes Wachstum erlebt und erweiterte Messinfrastrukturen (AIMs) zugänglicher werden, verlagert sich der Solarenergiemarkt in Richtung des Smart-Grid-Modells.

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Ein Smart Grid (intelligentes Stromnetz) ist ein System, in dem alle Akteure (d.h. Stromerzeuger, Übertragungs- und Verteilungsbetreiber, Stromverbraucher) kommunizieren und effektiv zusammenarbeiten, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes zu verbessern. Das Hauptziel hier ist eine reibungslose Korrektur von Ungleichgewichten zwischen Angebot und Nachfrage in Echtzeit zu ermöglichen, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Kosten zu reduzieren.

Blockchain spielt auch eine zentrale Rolle im Solarmarkt, da es dazu beiträgt, bestehende Geschäftsmodelle zu verbessern und sie kostengünstiger zu machen, was einen erheblichen Beitrag zur Entwicklung erneuerbarer Energien leistet.

IT-Empfehlungen für Solaranlagenbetreiber

• Infrastruktur-Support zur Steigerung der Betriebsfähigkeit: Collaborative Operations, Loop Tuning Optimierung, Alarm-Management & Rationalisierung, Überprüfungen des allgemeinen Systemzustands.

• Digitale Abläufe, Wartung und Anlagen-Management: Cloud Computing für Speicherung von Daten; Predictive Analytics und Wartung; Fernbewertung und Kontrolle; Überprüfung der Leistungsfähigkeit.

• Solar-Grid-Konnektivität ist eine digitale Integration mit anderen Ökosystem-Teilnehmern. Prädiktive Energie-Managementsysteme; Speicher-Managementsysteme; Smart-Home-Energiesysteme; Solarhandelssoftware.

IT-Lösungen für Wasserkraft

Die Digitalisierung von Wasserkraftwerken kann Betreibern verwertbare Erkenntnisse aus Daten liefern und zu besseren Anlagenleistungen, höherer Effizienz, minimierten Ausfallzeiten und letztendlich zum Ausbau von Wasserkraftkapazitäten beitragen.

GE schätzt, dass die Installation eines intelligenten Condition Management Systems einem Wasserkraftwerksbetreiber bis zu $4,000 MW pro Jahr in Bezug auf niedrigere Wartungskosten, verlängerte Nutzungsdauer und verbesserte betriebliche Effizienz sparen kann.

Die Marktführer im Bereich Wasserkraft verwenden zurzeit eine Kombination aus Software- und Hardware-Analyse, um die Leistung ihrer Anlagen genau zu messen und zu verbessern.

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IT-Empfehlungen für Wasserkraftwerksbetreiber

• Industrial IoT und Big Data Analytics ermöglichen umfangreiche Datenerfassung und ihre anschließende Transformation in verwertbare Erkenntnisse.

• Machine Learning and Deep Learning dienen zum Prognostizieren der Energieerzeugung mit Wasserkraft.

• Predictive Maintenance und Operation Optimization tragen zur Minimierung der Ausfallzeiten und zur Maximierung der Leistung bei.

• Digitale Zwillinge, die auf Predictive Analytics und physikalischen Modellen basieren.

• Digitalisierung der Zustands- und Risikobewertungssysteme.

• Echtzeit-Berichtserstattung, Visualisierung und Fernüberwachung, die durch den digitalen Zwilling und Big Data Analytics ermöglicht werden.

IT-Lösungen für Bioenergie-Branche

Die Biomasse-Energiemarkt zeichnet sich durch einen starken Aufwärtstrend aus. Die Anzahl der in Betrieb genommenen Biomassekraftwerke (BMKWs) wuchs um ca. 300 Einrichtungen im Jahr 2018, wobei die Gesamtzahl der BMKWs 3,800 Kraftwerke in der ganzen Welt erreicht, die rund 60 GW erzeugen. Bis zum Jahr 2027 wird der Markt von BMKWs stetig wachsen und die Regierungen in vielen Ländern neue Projekte in dieser Branche in Auftrag geben werden. Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, müssen sich die Bioenergiebetreiber auf die Verbesserung Ihrer Arbeitsabläufe konzentrieren.

Neue Software wird entwickelt zur Automatisierung und Optimierung solcher gängigen Prozesse wie Handhabung von Brennstoffen, Rauchgasreinigung, Dampfturbinenleistung und Verteilung von elektrischer Energie.

• Biomassen-Rechner, der auf Analytics basiert, gibt die Möglichkeit, die Tauglichkeit von verschiedenen Rohstoffen in Ihrem Region zu bewerten und die optimale Biogasanlagenfütterung abzuschätzen.

• Biomassen-Design und -Management Software kann dabei helfen, die optimale Anlagegröße auf der Basis des verfügbaren Dungs oder der verfügbaren Energiepflanzen zu bestimmen.

• Schließlich verbessert die Implementierung eines Prozessleitsystems den Anlagenbetrieb und die Kontrolle der Prozesse erheblich, wobei die Echtzeitdaten von Feld- und Systemperipheriegeräten, wie zum Beispiel Turbinenhilfssystemen, Kühlanlagen, Dampfkesseln, Biokraftstoffversorgungen, Staubfiltersystemen und anderen eigenständigen Einheiten bereitgestellt werden.

IT-Empfehlungen für Biomassenkraftwerk-Betreiber

• Optimieren Sie die Biomassen-Lieferkette

• Migrieren Sie zum Prozessleitsystem

•  Integrieren Sie Biomassn-Design & -Management Software

• Implementieren Sie eine Simulationssoftware für Biogasanlagen

Schlussfolgerungen

Die Kommerzialisierung von neuen Technologien wie Big Data Analytics, Predictive Analytics und IoT wird den Anbietern des Stroms aus erneuerbaren Energien helfen, ihren Betrieb zu erweitern und die Effizienz zu erhöhen, um die steigende Marktnachfrage zu decken. Die Kosten für die Stromversorgung aus erneuerbaren Energien sinken und die Infrastruktur für die Übertragung und der Anschluss der Versorger von Strom aus erneuerbaren Quellen an die Netze verbessert sich ständig. Alles oben genannte erzeugt neue Chancen in der Wertschöpfungskette der Stromversorgung.

Wenn Sie bereit sind, Ihre Herangehensweise an die Entwicklung erneuerbarer Energien mittels IT-Lösungen umzugestalten, kontaktieren Sie uns heute. Infopulse-Experten für IoT, BI, Big Data und Predictive Analytics können Ihnen dabei helfen, Ihre Strategie zu unterstützen und Ihr Potenzial zu steigern.