Smart City und IoT-Strategien für Versorgungsunternehmen

Übersicht

Regierungsbehörden in Europa, Nordamerika und anderen Teilen der Welt haben große „Smart City“-Initiativen mit dem Ziel angekündigt, die Effizienz der städtischen Infrastrukturen durch den verstärkten Einsatz von neuesten, intelligenten Technologien zu steigern. Dabei handelt es sich häufig um intelligente Sensoren, die kritische Informationen überwachen und rückmelden können. Mit diesen neuen Übertragungstechnologien werden proaktivere, operative Prozesse geschaffen, die Risiken in der Bereitstellung von Energie-Ressourcen mindern und die intelligente Verteilung dieser in einer Stadt optimieren.

 

Als Reaktion auf diese Anforderungen entwickeln viele Versorgungsunternehmen eigene, intelligente Betriebsstrategien. Dies sind oft hochkarätige Projekte, durch die effizientere und technologisch modernere Netzwerke geschaffen werden sollen, um besseren, zuverlässigen Kundenservice zu bieten und die zunehmend strengen Auflagen von Aufsichtsbehörden zu erfüllen.

 

Energieversorger, die keine angemessenen Dienstleistungen erbringen, die regulatorischen Auflagen entsprechen, müssen mit hohen Kosten und schweren Verlusten ihres Ansehens rechnen. Die NYSEG in New York wurde kürzlich mit 10,5 Millionen US-Dollar Geldstrafe belegt, weil sie bei zwei schweren Winterstürmen gegen Notfallpläne verstoßen hatte. Mehrere Energieunternehmen in Großbritannien mussten wegen mangelhafter Reaktionen auf einen akuten Stromausfall 10,5 Mio. Pfund Geldstrafe zahlen. Die Entwicklung von intelligenteren Netzwerk-Infrastrukturen mithilfe neuester IoT-Technologien („Internet der Dinge“) ist ein wichtiger Schritt, um eine zuverlässige Energieversorgung zu erreichen, notwendige Kapazitäten bereitzustellen und betriebliche Risiken zu reduzieren.

 

Das Leben und die Infrastruktur jeder modernen Stadt hängen unter anderem von der Zuverlässigkeit und Sicherheit ihrer Strom-, Gas- und Wasserversorgung ab. Diese Kriterien sind heute entscheidend. Aktuelle „Smart City“-Projekte berücksichtigen wichtige Faktoren wie erneuerbare Energien, dezentrale Energieerzeugung sowie intelligente Überwachung und analytisches Monitoring, um diese wachsenden Anforderungen an Versorgungsnetze und Energieressourcen zu meistern. Solche Veränderungen bergen große Herausforderungen, versprechen jedoch enorme Vorteile, wenn sie richtig umgesetzt werden. So kann z. B. die Überwachung lokaler Netztransformatoren frühzeitig Stromausfälle erkennen und vermeiden, um schwerwiegende Folgen für nachgelagerte Netze zu verhindern.

 

IoT und Geodaten-Technologien

Die von IoT-Sensoren gelieferten Informationen sind wertlos, wenn sie nicht in einem Kontext dargestellt und verarbeitet werden können, das angemessene Handeln ermöglicht. Viele dieser Sensoren können über Gateways, Dashboard und allgemeine IoT-Schnittstellen eingebunden werden. Diese Verfahren liefern jedoch meist keine Standort-relevanten bzw. netzbezogenen Daten, weil sie keine direkte Beziehung zum betreffenden Versorgungsnetz herstellen. An diesem Punkt setzt unsere Geodaten-Plattform an.

 

Mithilfe der Geodaten-Plattform von IQGeo erhalten Sie standortbasierte Echtzeitdaten, um schnelle und angemessene Entscheidungen treffen zu können. IoT-Sensortechnologie stellt eine zentrale Datenquelle bereit, die erfolgsentscheidend sein kann. IQGeo leistet echte Pionierarbeit bei Versorgungs- und Netzbetreibern, die standortbasierte IoT-Schnittstellen implementieren wollen. Über die IQGeo-Plattform sind unsere Kunden in der Lage, eine klare visuelle Beziehung zwischen abstrakten Sensor-Datenströmen, alternativen Übertragungstechnologien und der physischen Realität ihrer Versorgungsnetze und deren Anlagen vor Ort herzustellen. Die leicht verständliche, konsolidierte und validierte Geodaten-Ansicht erhöht die betriebliche Produktivität und verbessert die Zusammenarbeit zwischen den zuständigen Fachabteilungen.

 

Ein netzbezogenes IoT-Dashboard maximiert die betriebliche Effizienz und Sicherheit von Versorgungsnetzen, die durch neueste Übertragungstechnologien überwacht werden.

 

Übersicht von IoT-Übertragungstechnologien

Es gibt eine Reihe von IoT-Übertragungstechnologien, die heute auf dem Markt erhältlich sind. Nachfolgend finden Sie eine kurze Zusammenfassung der gängigsten. Die IQGeo-Plattform ist unabhängig von Kommunikationsprotokollen und kann Daten aus jeder dieser Quellen erfassen und mit den Netzdaten validieren.

 

LoRaWAN®

Die LoRa-Technologie bietet eine sehr überzeugende Mischung aus großer Reichweite, geringem Stromverbrauch und sicherer Datenübertragung. Diese wurde ursprünglich entwickelt, um Niedervolt-Geräten den drahtlosen Austausch von IoT-Daten über weite Entfernung zu ermöglichen. Öffentliche und private Netzwerke können diese Technologie verwenden, um eine größere Abdeckung im Vergleich zu existierenden zellularen Netzwerken bereitzustellen. Da es eine batteriebetriebene IoT Anwendung ist, kann es mit wenig Aufwand in vorhandene Übertragungsnetze eingebunden werden. Das Frequenzspektrum ist lizenzfrei.

 

SIGFOX™

Es basiert auf einer kostengünstigen Mobilfunktechnologie für die Kommunikation zwischen Niedervolt-Geräten mit geringen Datenraten. Aufgrund der niedrigen Datenraten, verwendet das SIGFOX-Netzwerk die Ultra-Narrow-Band-Technologie (UNB). Diese Übertragungstechnologie ist als skalierbares Netzwerk mit hoher Kapazität, sehr geringem Energieverbrauch und einer robuster Datenverbindung konzipiert. SIGFOX verwendet ebenfalls ein unlizenziertes ISM-Funkband. Die Frequenzen können je nach nationalen Vorschriften in Europa variieren.  

 

NarrowBand IoT (NB-IoT)

Das sogenannte NB-IoT oder LTE Cat NB1 bietet eine Low-Power-Wide Area-Funktechnologie, die eine breite Palette von Geräten und Diensten im Mobilfunk-Frequenzband unterstützt. Diese sind werden für mobile IoT Anwendungen permanent weiterentwickelt und standardisiert. So können heute mit dieser M2M-Kommunikation schon eine große Anzahl von Geräten verbunden werden. Ideale Anwendungsfälle ergeben sich beim Bedarf von vielen Sensoren in ausgewählten Flächen.

 

Einige dieser Informationen zu Übertragunstechnologien in diesem Abschnitt wurden von unserem Partner Digimondo bereitgestellt. Detaillierte Informationen finden Sie hier. 

 

Beispiele für raum- bzw. netzbezogene IoT- Anwendungen

Dieser Abschnitt enthält praktische Anwendungsbeispiele für Versorgungsunternehmen, um die Verwendung und Vorteile einer Kombination aus Geodaten-Plattform, Netzdaten-Bezug und Sensor-Übertragungstechnologien aufzuzeigen.

 

Fallbeispiel 1:

Netzbezogenes Monitoring-Dashboard unterstützt Zuverlässigkeit für Stromnetze

Sensoren erzeugen einen Echtzeit-Datenstrom über die Kapazitäten, Spitzenlasten, Spannungsschwankungen und Ausfälle in einem Stromnetz. Mithilfe eines Monitoring-Dashboard mit Netzbezug können Versorgungsunternehmen durch diese Lösung Reaktions- und Bearbeitungszeiten in ihrem Kundendienst optimieren. Probleme in Niederspannungsnetzen werden von den Sensoren erkannt und per LoRaWAN-Technologie übermittelt.

 

Über die Geodaten-Plattform können Mitarbeiter potenzielle und reale Auswirkungen von Leistungsschwankungen im Niederspannungs- und Mittelspannungsnetz erkennen und sofort feststellen, welche Hausanschlüsse und angebundene Versorgungsleitungen betroffen sind.

  • So können regionale Verteilnetzbetreiber ihre Kunden aktiv über Ausfälle informieren, statt umgekehrt.
  • Mögliche Fehlfunktionen können identifiziert und sogar vorhergesagt werden, was ein proaktives Handeln ermöglicht.
  • Die Bearbeitungszeiten von Ausfällen und Störungen können für betroffenen Anlagen optimiert werden

 

Fallbeispiel 2:

Optimierte Datenübertragung mit intelligenten Smart Metern

Das effiziente und kostengünstige Auslesen von intelligenten Zählerdaten aus ungünstigen Zählerstandorten ist eine der größten Herausforderungen für den Versorgungssektor. LoRaWAN liefert zuverlässigere Verbindungen über klassische Mobilfunkstandards.

 

Durch die geografische Echtzeit-Darstellung der Sensordaten erkennen Mitarbeiter sofort, welche Bereiche von Netzausfällen oder Naturkatastrophen potenziell betroffen sind, um entsprechend zu planen und zu reagieren. 

Die Bereitstellung dieser echtzeitnahen Smart-Meter-Daten in einer räumlichen, netzbezogenen Ansicht ermöglicht es den Mitarbeitern von Energieversorgern, Netzwerk-Ausfällen z.B. bei Naturkatastrophen schnell zu erkennen und Maßnahmen für potenziell gefährdete Gebiete zu berücksichtigen. 

 

  • Messwerte können in definierten Intervallen erfasst und raum- und netzbezogen angezeigt werden
  • Statistiken können in Echtzeit mit anderen Versorgungsnetzwerken ausgetauscht werden, um die öffentliche Sicherheit und Netzstabilität zu verbessern
  • Kundendienst-Gespräche können aufgezeichnet werden, um gesetzliche Vorgaben einzuhalten
  • Netzbetreiber können die Reaktionszeiten bei Serviceanrufen optimieren, um die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten

 

Fallbeispiel 3:

Überwachung von Abwassersystemen

Viele Gemeinden haben Probleme mit dem Zugang zu unterirdischen Kanälen, die regelmäßig manuell überprüft werden müssen. Solche Inspektionen dienen vor allem zur Identifizierung von Rohrschäden. Wasser in einem Schacht kann beispielsweise ein Hinweis auf eine Rohrbeschädigung sein, es könnte sich aber auch nur um Regenwasser handeln.  Mithilfe neuer Sensortechnologien können Wassertemperaturen und Wasserstände überwacht werden, um z. B. Regen- von Abwasser zu unterscheiden und gegebenenfalls Warnmeldungen bzw. Alarme auszulösen und der Stadtentwässerung mitzuteilen.

 

In einer geographischen Darstellung von Kanälen mit seinen Anlagen können durch intelligente Sensoren schnell größere Probleme identifiziert werden, die wartungsintensive Leitungen, Netzgebiete bzw. Wohnviertel betreffen.

 

  • Sensoren informieren Abwasserverbände in Echtzeit und proaktiv über mögliche Rohrschäden
  • Automatisierte Prüfungen vermeiden unnötige Kundendienstanfragen
  • Echtzeit-Bereitstellung von Informationen über Auswirkungen bei Stürmen und starken Regenfällen auf das Kanalnetz

 

Fallbeispiel 4:

Überwachung der Wasserversorgungs-Qualität durch netzbezogenes IoT-Monitoring

Die neue Sensor-Übertragungstechnologie liefert permanent Informationen, wie Druckstände aus dem Wasserversorgungsnetz. Über leicht verständliche Dashboards können diese gebündelt und in verständlichen Graphiken angezeigt werden, so dass umgehend Maßnahmen ergriffen werden können. Die netzwerkweite Überwachung kann somit dynamisch für hunderte oder tausende Messwerte und Schwellenwerte konfiguriert werden. Aufgrund ständig ändernder Bedingungen im Wasserversorgungsnetz können schon in einem kurzen Zeitraum neue Kriterien analysiert und berücksichtigt werden.

 

Die netzbezogene Darstellung in einem raumbezogenen IoT Monitoring Dashboard verbessert Qualität in der Erkennung von Problemen und steigert somit die Effizienz einer sicheren Wasserversorgung, z.B. über konfigurierbare Warnmeldungen.

  • Visuelle Erkennung von Verhaltensmustern über Sensordaten in einem regionalen Wasserversorgungsnetz
  • Schnelle Problemdiagnose, um weitere Schäden im Netz zu vermeiden
  • Optimierte Reaktionszeiten verkürzen Ausfälle in der Wasserversorgung und erhöhen somit die Kundenzufriedenheit

 

Raum- und netzbezogene IoT-Systeme unterstützen eine intelligente und nachhaltigere Verteilung von Energieressourcen

Neue globale Initiativen für erneuerbare Energien und nachhaltige Ressourcen erfordern einen ganzheitlichen Ansatz, um Städte effizienter, technologisch fortschrittlicher, umweltfreundlicher und sozial integrativer zu machen. Diese Konzepte müssen modernste technische, wirtschaftliche und soziale Innovationen umfassen.

 

„Intelligente Netze“, sogenannte Smart Grids können das Gleichgewicht zwischen Angebot und Verbrauch von Versorgungsressourcen sicherstellen. Technische Innovationen müssen aber auch Faktoren wie Klimawandel, Umweltverschmutzung und weltweites Bevölkerungswachstum berücksichtigen, um das Leben in unserer Gesellschaft besser, sicherer und nachhaltiger zu gestalten.

 

Um diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen, müssen z.B. neue Sensor- und Übertragungstechnologien in das gesamte Netzwerk integriert werden. Mithilfe smarter Geodaten-Software können Versorgungsbetriebe solche Sensordaten optimal ausnutzen. Wir von IQGeo unterstützen unsere Kunden in der Energieversorgung und Entsorgung bei der Erstellung benutzerfreundlicher, netzbezogener Monitoring Dashboards, sodass Sie IoT-Datenströme dynamisch abbilden, Netze aktiv verwalten und Wartungsverfahren optimieren können, um sich letztendlich erfolgreich in der Liberalisierung der Energiemärkte aufzustellen.

 

IQGeo dankt unserem Partner Digimondo für die fachliche Unterstützung bei diesem Blog.

Topics: Geospatial software, Utilities, Smart city, IoT

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