Der rapide steigende Energieverbrauch durch Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und KI erfordert die Einführung innovativer Energiestrategien wie verteilte Energieressourcen und Mikronetze, die praktikable Lösungen für eine widerstandsfähigere und reaktionsfähigere Energieinfrastruktur bieten.
Ein Mikronetz integriert die Stromerzeugung vor Ort, wie etwa den Lineargenerator und die Photovoltaik von Mainspring, mit Energiespeicherung, Stromverteilung, Apps, Analysen und Software für gewerbliche und industrielle Anlagen.
Bild: Schneider Electric
von pv magazine USA
Das US-Energienetz steht unter beispielloser Belastung, bedingt durch die steigende Nachfrage von Rechenzentren, die künstliche Intelligenz (KI) unterstützen, sowie die rasche Einführung von Elektrifizierung und Elektrofahrzeugen (EVs). Mit der Expansion dieser beiden Sektoren treibt ihr kombinierter Energiebedarf den Energieverbrauch des Landes auf neue Höchststände und zwingt das Netz, sich anzupassen, um modernen technologischen und ökologischen Ambitionen gerecht zu werden.
Allein die rasante Entwicklung KI-gestützter Rechenzentren dürfte bis 8 2030 % des gesamten Energieverbrauchs der USA ausmachen (im Vergleich zu 3 % im Jahr 2022), während der Energieverbrauch der EV-Infrastruktur ebenfalls dramatisch ansteigt. Dieser Trend hat die Notwendigkeit verstärkt, das Energienetz zu stärken, um sicherzustellen, dass es den Anforderungen einer digital vernetzten, elektrifizierten Zukunft gerecht wird. Diesen steigenden Energiebedarf zu decken und gleichzeitig die Netzstabilität aufrechtzuerhalten, ist keine leichte Aufgabe. Dazu bedarf es der Einführung innovativer Energiestrategien wie verteilter Energieressourcen (DERs) und Mikronetze, die praktikable Lösungen für eine widerstandsfähigere, reaktionsfähigere Energieinfrastruktur bieten.
Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und die zunehmende Komplexität des Stromnetzes
Besonders dringend ist die Umgestaltung der Energieinfrastruktur an Orten wie der „Data Center Alley“ in Virginia, wo der Strombedarf seinen Höhepunkt erreicht. Rechenzentren – die Lebensader von KI und Cloud Computing – sind in solchen Gebieten konzentriert, wodurch die Netzkapazität an ihre Grenzen stößt. Gleichzeitig übt der Anstieg der Elektrofahrzeuge einen ähnlichen Druck auf die lokalen Netze aus, da die Nachfrage nach Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge explodiert, insbesondere in dicht besiedelten Regionen wie Los Angeles und der Bay Area.
Dieser doppelte Druck durch KI und Elektrofahrzeuge spiegelt nicht nur einen Bedarf an mehr Energie wider; er erschwert auch die Logistik der Stromverteilung, insbesondere da die Versorgungsunternehmen die Kohlenstoffemissionen reduzieren und die Netzsicherheit erhöhen wollen. Extreme Wetterereignisse und Klimaauswirkungen haben die Notwendigkeit eines widerstandsfähigen Netzes, das sowohl erwartete als auch plötzliche Anforderungen bewältigen kann, weiter unterstrichen. Die Entwicklung des Netzes endet jedoch nicht mit dem Hinzufügen von Kapazitäten, sondern erfordert ein agiles, verteiltes Modell, das die lokale Stromerzeugung und eine schnelle Reaktion auf Nachfrageschwankungen unterstützt.
Die Rolle von Mikronetzen für eine widerstandsfähige Zukunft
Mikronetze haben sich als unverzichtbare Instrumente auf der Suche nach einem nachhaltigeren, widerstandsfähigeren Energiesystem erwiesen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Netzen, die auf großen, zentralisierten Kraftwerken basieren, funktionieren Mikronetze als in sich geschlossene Netzwerke, die Strom vor Ort erzeugen, speichern und nutzen können. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, bei Stromausfällen oder bei steigendem Energiebedarf unabhängig vom Hauptnetz zu arbeiten. Mikronetze bieten außerdem die Flexibilität, erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind zu integrieren, was gut mit den Dekarbonisierungszielen vereinbar ist und gleichzeitig eine Ebene der Energieunabhängigkeit hinzufügt.
Mikronetze sollen drei Hauptvorteile bieten: Sie sorgen für Energieausfallsicherheit, verbessern die Kostenvorhersehbarkeit und integrieren saubere Energiequellen. Das Smart Grid des JFK-Flughafens beispielsweise – das Solarenergie und Batteriespeicher vor Ort umfasst – bietet bei Störungen eine Energiereserve und zeigt, wie kritische Infrastrukturen auch dann ihren Betrieb aufrechterhalten können, wenn das zentrale Netz ausfällt. Solche Modelle unterstreichen den Wert von Mikronetzen als Lösung für Einrichtungen und Gemeinden, die sich gegen Ausfälle und Netzinstabilität wappnen möchten.
Der Einsatz von Mikronetzen ist auch eine attraktive wirtschaftliche Chance. Durch die Erzeugung und Speicherung von Energie vor Ort gewinnen Organisationen und Gemeinden Kontrolle über ihre Energiekosten, reduzieren ihre Abhängigkeit von externer Energie und können sogar überschüssigen Strom an das Hauptnetz zurückverkaufen. Für Einrichtungen mit hohem Bedarf, wie etwa Rechenzentren, erhöhen diese Möglichkeiten die Zuverlässigkeit und fördern gleichzeitig die Nachhaltigkeit durch die Nutzung erneuerbarer Energien.
Überwindung der Hindernisse für die breite Einführung von Mikronetzen
Trotz ihres Potenzials gibt es für Mikronetze Hürden, die ihre breite Anwendung in kommerziellen, industriellen und Infrastrukturanwendungen eingeschränkt haben. Die Komplexität der Vorschriften, die hohen Vorlaufkosten und das Fehlen standardisierter Systeme haben die Skalierbarkeit von Mikronetzen behindert. Im Gegensatz zu Solar- oder Windprojekten, die von Anreizen auf Bundesebene und gestrafften Vorschriften profitieren, sind die Richtlinien für Mikronetze von Staat zu Staat sehr unterschiedlich, was für Investoren und Betreiber Unsicherheit schafft. Aktuelle Mikronetzprojekte werden häufig individuell entwickelt, was zu längeren Bereitstellungszeiträumen und erheblichen Kosten führt, die normalerweise zwischen 2 und 5 Millionen US-Dollar pro Megawatt liegen.
Um diese Hindernisse zu überwinden, erforschen Energieinnovatoren neue Finanzmodelle wie „Energie als Dienstleistung“ (EaaS), die Mikronetze finanziell erschwinglicher machen können, indem sie die Kosten über einen längeren Zeitraum verteilen und das nötige Fachwissen einbringen, um Komplexität und Risiken besser zu managen. Auch die Einführung standardisierter, modularer Mikronetzlösungen dürfte die Branche verändern. Durch die Verwendung vorgefertigter, vorab getesteter Systeme mit integrierter Batteriespeicherung und Energiemanagementsoftware kann die Bereitstellung von Mikronetzen von Jahren auf Monate verkürzt werden, was sowohl Kosten als auch Komplexität reduziert. Diese Standardlösungen können dazu beitragen, die Bereitstellung von Mikronetzen branchenübergreifend zu skalieren, von der öffentlichen Infrastruktur bis hin zu privaten Unternehmen, und sie für ein breiteres Spektrum von Benutzern umsetzbar machen.
Vision einer dezentralen, widerstandsfähigen Energielandschaft
Das Stromnetz der Zukunft wird wahrscheinlich ein dezentrales Netzwerk aus Mikronetzen und DERs sein, das Stromlasten dynamisch verwalten, die Nutzung erneuerbarer Energien optimieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern kann. Diese Transformation kann ein anpassungsfähiges System schaffen, das nicht nur den Energiebedarf von Rechenzentren und der EV-Infrastruktur deckt, sondern dies auch nachhaltig und effizient tut. Die Dezentralisierung der Stromerzeugung – indem Gemeinden und Einrichtungen befähigt werden, ihre eigene Energie zu produzieren und zu verwalten – wird auch die nationalen Ziele der Dekarbonisierung, des Wirtschaftswachstums und der Energiesicherheit unterstützen.
Der Weg zu einer nachhaltigen, widerstandsfähigen Energieinfrastruktur ist sowohl eine Notwendigkeit als auch eine Chance. Durch die Nutzung von Mikronetzen und anderen DERs können die USA ein Netz aufbauen, das nicht nur stärker, sondern auch intelligenter ist und den dynamischen Anforderungen einer KI-gestützten, elektrifizierten Zukunft gerecht wird. Diese Energiewende ist zwar eine Herausforderung, stellt jedoch einen entscheidenden Moment dar, um neu zu definieren, was das Netz sein kann, um sicherzustellen, dass es Innovationen unterstützt, dem Druck des Klimawandels standhält und uns in ein sauberes Energiezeitalter katapultiert, das ebenso widerstandsfähig wie effizient ist.
Jana Gerber ist Microgrid-Präsidentin für die nordamerikanische Region von Schneider Electric. Sie ist für den Ausbau des kommerziellen Microgrid-Geschäfts in Nordamerika und die Unterstützung der Kunden bei ihren Bemühungen um Nachhaltigkeit und Belastbarkeit verantwortlich.
Rohan Kelkar ist Executive Vice President des globalen Geschäftsbereichs Power Products von Schneider Electric. Mit mehr als zwanzig Jahren Erfahrung in der Leitung multinationaler Konzerne leitet Rohan das Stromverteilungsportfolio der Abteilung und ist dafür verantwortlich, innovative Lösungen voranzutreiben und nachhaltigere, effizientere, vernetztere und kreislauforientiertere Produkte auf den Markt zu bringen.
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