Wie KI das Stromnetz transformiert, dekarbonisiert und “aufräumt”

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ENERGIEWIRTSCHAFT

Die Energiesysteme der Welt sind im Wandel begriffen. Angetrieben durch die starke Nachfrage nach sauberer Energie und die zunehmenden Auswirkungen von klimabedingten Wetterextremen setzen sich Unternehmen auf der ganzen Welt ehrgeizige Ziele, um die Emissionen aus fossilen Brennstoffen zu reduzieren, die das Wirtschaftswachstum seit über einem Jahrhundert angetrieben haben.

Der Großteil der Emissionen stammt aus drei Sektoren: Stromerzeugung, Verkehr und Gebäude. Der starke Ausbau der erneuerbaren Energien wird die Emissionen des Stromsektors reduzieren und neue Lasten aus dem Verkehrs- und Gebäudesektor versorgen. Dazu muss das Stromnetz jedoch tiefgreifende Veränderungen erfahren.

Wie wird das Netz dekarbonisiert?

Die Elektrizität wird die globale Dekarbonisierung vorantreiben. Das künftige Netz muss zunächst sauber sein. Es gibt keinen praktikablen, erschwinglichen Weg, um Benzin durch einen kohlenstofffreien Flüssigkraftstoff für Fahrzeuge oder Erdgas durch eine kohlenstofffreie Alternative zum Kochen und Heizen zu ersetzen. Das heißt, es gibt keinen anderen Weg als die Elektrifizierung von Fahrzeugen und Gebäuden, die als die kostengünstigste und risikoärmste Dekarbonisierungsstrategie anerkannt ist.

Saubere Elektrizität wird die Emissionsreduzierung in der gesamten Wirtschaft vorantreiben. Ein Teil der erneuerbaren Energien wird nach wie vor aus Kraftwerken stammen, aber diese können schwierig zu bauen sein, ebenso wie die langen Übertragungsleitungen, die den Strom zu den Verbrauchern bringen. Im Gegensatz dazu können lokale erneuerbare Energieträger sauberen, erschwinglichen Strom leichter direkt an die Kunden liefern, was sie dezentralisiert.

Das künftige Netz wird sich mit den wichtigsten Herausforderungen befassen: Stromausfälle und wirtschaftliche Verluste durch extreme Wetterbedingungen. Da diese Ereignisse immer häufiger und schwerwiegender werden, ist die Aufrechterhaltung der jahrhundertealten, zentralisierten Netzarchitektur ein kostspieliges Unterfangen. Es muss widerstandsfähig sein.

Angesichts der erneuerbaren Energien, des Wachstums und der Schwankungen bei den Stromdienstleistungen sowie der erheblichen Unvorhersehbarkeit von Angebot und Nachfrage muss das Netz dynamisch werden. Und damit dieses Netz funktioniert, muss es intelligent sein.

Hier kommt die künstliche Intelligenz (KI) ins Spiel.

 

Wie KI das Stromnetz umgestalten und “aufräumen” wird

In einem immer komplexeren Netz der Zukunft wird die Zahl der Entscheidungen die menschlichen und konventionellen digitalen Automatisierungsmöglichkeiten bei weitem übersteigen. Das heutige Netz ist bereits automatisiert, aber die Automatisierung kann nur bis zu einem gewissen Grad gehen. Um ein zukünftiges Netz vollständig zu ermöglichen und seine Vorteile zu maximieren, ist KI erforderlich. Letztlich wird KI das Netz von einem alternden Stromlieferanten zu einem intelligenten “System von Systemen” machen, das optimierte Ergebnisse liefert.

Es gibt drei Hauptsektoren, in denen KI die Dekarbonisierung am stärksten vorantreiben wird: Strom, Gebäude und Verkehr.

 

Elektrizität

Um ein dekarbonisiertes Stromnetz zu betreiben, müssen nicht nur fossile Kraftwerke durch saubere erneuerbare Energien ersetzt werden, sondern es muss auch die Menge des gelieferten Stroms etwa verdreifacht werden. Da das künftige Netz dezentralisiert sein wird, wird sich die Zahl der Energiequellen um eine Größenordnung erhöhen – von heute Zehntausenden von Anlagen auf ein Netz von Millionen von Ressourcen. Und da die meisten dieser Ressourcen erneuerbar sein werden, wird das Wetter die Elektrizitätsversorgung grundlegend beeinflussen. Zusammengenommen werden diese Veränderungen die Struktur und den Betrieb des Netzes verändern.

Auf der Grundlage von Daten, die über Jahre oder Jahrzehnte gesammelt wurden, wird die KI Prognosen für wichtige Faktoren wie Wetter, Erzeugung erneuerbarer Energien, Kundennachfrage und Marktpreise erstellen. Diese Prognosen und das Lernen aus den prognostizierten gegenüber den tatsächlichen Ergebnissen werden es der KI ermöglichen, jede Ressource im Netz zu jedem Zeitpunkt des Tages zu optimieren. Die Echtzeit-Steuerungsfunktionen werden die Vorhersagen umsetzen und Anomalien korrigieren, und zwar bis in den Subsekundenbereich.
Gebäude
Die Elektrifizierung von Gebäuden bedeutet, dass Energiedienstleistungen wie Raumheizung, Kochen und industrielle Prozesse mit Strom statt mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Mit der zunehmenden Dekarbonisierung wird die Menge an sauberem Strom, die Gebäude verbrauchen, drastisch ansteigen, ebenso wie die Menge an Strom, die sie vor Ort produzieren.

Noch wichtiger ist, dass sich die Rolle der Gebäude in einem dekarbonisierten Netz ändern wird: Statt eines passiven, vorhersehbaren Stromverbrauchers werden Gebäude zu einer integrierten, dynamischen Ressource und einem aktiven Marktteilnehmer. Genauso wichtig wie der Verkauf von sauberem, lokal erzeugtem Strom auf den Märkten wird der Verkauf von Netzdienstleistungen sein, wobei die “flexiblen Lasten” der Gebäude dazu beitragen, ein ausgewogenes, zuverlässiges Netz aufrechtzuerhalten. KI-fähige Gebäude werden es den Nutzern ermöglichen, den Verbrauch mit der Erzeugung erneuerbarer Energien vor Ort und außerhalb des Gebäudes abzustimmen, um das Ziel “saubere Energie rund um die Uhr” zu erreichen.

Verkehr

Die Elektrifizierung von Fahrzeugen wird die Energielandschaft so stark verändern wie nichts anderes, das wir bisher in Betracht gezogen haben. An die Stelle der bestehenden Infrastruktur für die Versorgung mit Benzin werden Ladestationen für Elektrofahrzeuge treten – und zwar in sehr viel größerer Zahl: von ehemaligen Tankstellen bis hin zu Bürogebäuden und Wohnhäusern.

KI wird entscheidend sein, um E-Fahrzeuge mit emissionsfreiem Strom zu versorgen und ihren Wert für Verbraucher und Gesellschaft zu maximieren. Ihr Nutzen wird sich in dem Maße bemerkbar machen, wie die Zahl der E-Fahrzeuge und ihre Auswirkungen auf das Stromnetz immer größer und optimierter werden.
Energiespeicherung vervollständigt das Bild
Die Energiespeicherung wird für die globale Dekarbonisierung ebenso wichtig sein wie erneuerbare Energien und KI, denn sie löst das Problem der intermittierenden erneuerbaren Energien, so dass saubere Energie dann zur Verfügung steht, wenn sie gebraucht wird. Durch die Speicherung können Gebäude und Verkehrsmittel als vollständig flexible Netzressourcen fungieren, die Engpässe bei der Stromerzeugung vor Ort ausgleichen und Netzdienstleistungen erbringen, wenn Geräte nicht verfügbar sind.

Der Aufbau eines riesigen Netzes, das Angebot und Nachfrage sofort ausgleicht und gleichzeitig Strom liefert, wurde als größte technische Leistung des 20. Jahrhunderts bezeichnet. Eine vollständig dekarbonisierte Wirtschaft mit KI-gesteuerten erneuerbaren Energien und Energiespeichern zu betreiben, könnte sich als die größte Errungenschaft des 21. Jahrhunderts erweisen.

Wie kommen wir dahin?

Die heutigen Märkte haben nur wenig Ähnlichkeit mit denen, die einem dekarbonisierten Netz zugrunde liegen werden. Die Bandbreite und der Wert KI-gestützter Energiedienstleistungen sind in vielen Ländern noch gar nicht berücksichtigt worden, ganz zu schweigen von den Möglichkeiten, sie in Echtzeit einzubeziehen und auszugleichen. Die Elektrizitätsmärkte müssen sich vollständig verändern.

Alle Hindernisse, die einen Kunden daran hindern, die von ihm gewünschten und für das Netz erforderlichen sauberen Energiedienstleistungen zu kaufen oder zu verkaufen, müssen beseitigt werden. An ihre Stelle müssen effiziente, transparente Marktmechanismen treten, die von KI belebt werden und es Kunden und Versorgern ermöglichen, die gewünschten Ergebnisse mit oder ohne menschliches Zutun zu erzielen.

Da die Politik die Märkte antreibt, müssen die politischen Entscheidungsträger in den nächsten zehn Jahren die notwendigen Veränderungen einleiten, um die vollständige Dekarbonisierung des Stromsektors bis 2035 zu ermöglichen, die ein Eckpfeiler vieler langfristiger Emissionsminderungsstrategien ist.

Die KI-Technologie selbst muss sich weiter entwickeln. Aber das größte Hindernis ist nicht technischer Natur – es ist regulatorischer Natur. Maßnahmen zur Dekarbonisierung in der Mitte des Jahrhunderts müssen ergriffen werden. Die Kosten und Risiken der Untätigkeit steigen jeden Moment und stehen zwischen uns und dem dringend benötigten dekarbonisierten Netz der Zukunft.

 

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