Edge Intelligence Am Edge entscheidet sich die Energiewende

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Unser Stromnetz wird durch die Energiewende immer dezentraler und volatiler. Ohne Digitalisierung lässt sich dieses Netz nicht flexibel, stabil und effizient betreiben. Eine Schlüsselrolle spielt dabei „Edge Intelligence“.

Die Energiewende verändert unser Stromnetz tiefgreifend. Speisten früher wenige große Kraftwerke zentral Strom ein, gibt es nun immer mehr dezentrale Einspeiser wie Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen. Daran sind nicht nur klassische Versorger beteiligt, sondern auch zunehmend private Haushalte, Kommunen und Unternehmen. Sie agieren als „Prosumenten“, die nicht nur Strom verbrauchen, sondern ihn auch produzieren.

Gleichzeitig mit der zunehmenden Dezentralisierung wird das Netz durch den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien volatiler. Strom aus Wind und Sonne unterliegt naturgemäß starken Schwankungen, und da bislang keine wirklich leistungsfähigen Speichertechnologien zur Verfügung stehen, muss er möglichst sofort verbraucht werden. Um Lastspitzen und Versorgungslücken abzufangen, müssen deshalb weiterhin fossile Kraftwerke als Backup bereitstehen, bis sie irgendwann durch erneuerbare Alternativen ersetzt werden können.

Digitalisierung macht das Stromnetz intelligent

Dieses dezentrale und volatile Stromnetz ist ohne Digitalisierung nicht beherrschbar. Sie ermöglicht es, das Netz intelligent, anpassungsfähig und resilient zu gestalten und macht dadurch ein stabiles nachhaltiges Energiesystem überhaupt erst möglich. Indem digitale Technologien eine präzisere, schnellere und flexiblere Versorgung unterstützen, können sie außerdem dazu beitragen, unsere im internationalen Vergleich hohen Stromkosten, die in Gesellschaft und Wirtschaft oft zu Widerständen gegen die Energiewende führen, mittel- und langfristig zu senken.

Eine Schlüsselrolle bei der Digitalisierung des Stromnetzes spielt Edge Intelligence. Immer mehr Messgeräte, Steuergeräte und mit Sensoren ausgestattete Komponenten in dezentralen Erzeugungsanlagen, Umspannwerken, Trafostationen, Quartierslösungen, Industrieanlagen, Gebäuden oder Ladeinfrastrukturen für Elektroautos erzeugen Daten: Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen generieren Informationen über Einspeisung und Wetter, Ortsnetzstationen liefern Daten zu Spannung, Frequenz und Stromfluss, Smart Meter, Wallboxen und Wärmepumpen melden Lastprofile und Strombedarf.

Dekarbonisierung der Stromnetze

Digitalisierung treibt die Energiewende

Solche Daten werden von künstlicher Intelligenz (KI) am Edge verarbeitet – also nicht in einem zentralen Rechenzentrum oder einer Cloud, sondern möglichst nah an ihren Entstehungsquellen an dezentralen, netznahen Standorten. Die Verarbeitung vor Ort ermöglicht es, die Daten in Echtzeit zu analysieren, und die Systeme können ohne Verzögerungen autonom auf lokale Schwankungen in Erzeugung und Verbrauch reagieren – etwa durch die Einspeisung von Strom, das Anpassen von Ladeleistungen oder das Verschieben von Lasten.

Damit sorgt Edge Intelligence nicht nur für lokale Netzstabilität, sondern hält auch das übergeordnete Stromsystem insgesamt stabiler, weil sie Belastungsspitzen dämpft und Frequenzschwankungen vermeidet. Die Datenverarbeitung vor Ort gewährleistet dabei nicht nur schnelle Reaktionen, sondern ist auch robust, weil sie nicht auf eine Internetverbindung angewiesen ist. Zudem dient sie dem Datenschutz, da sensible Verbrauchsdaten lokal bleiben.

Leistungsfähige Hardware bildet die zentrale Grundlage

Ermöglicht wird Edge Intelligence zum einen natürlich durch die steigenden Datenmengen und die Fortschritte der Künstlichen Intelligenz. Eine wichtige Grundlage bildet aber auch leistungs- und widerstandsfähige Hardware. Bei kleineren Installationen kommen häufig so genannte „Rugged“-Server zum Einsatz, die so robust sind, dass ihnen die im Vergleich zu einem Rechenzentrum raueren Umgebungsbedingungen nichts anhaben können. Diese Server trotzen hohen Temperaturen, Staub und Feuchtigkeit ebenso wie Vibrationen und Erschütterungen. Dabei gibt es auch Modelle in kompakten Formfaktoren, die nur halb so tief wie Standard-Server sind und sich in kleinen Racks oder Schränken, etwa im Fuße eines Windrads, montieren lassen. Gleichzeitig bringen diese Server die erforderliche Rechenleistung für anspruchsvolle KI-Anwendungen mit.

Bei umfangreicheren Installationen, etwa zur Steuerung von größeren Photovoltaik-Farmen, Windparks oder Umspannwerken, kommen dagegen oft Container-Lösungen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Mini-Rechenzentren, die in robusten und wetterfesten standardisierten Containern untergebracht sind.

Edge-Systeme brauchen besonderen Schutz

Je weiter sich Edge Intelligence verbreitet, desto wichtiger wird dabei das Thema Sicherheit. Da sich die IT-Systeme nicht in geschlossenen Rechenzentren befinden, sondern im öffentlichen Raum, müssen sie besonders geschützt werden. Neben der physischen Sicherheit, die sie vor Vandalismus oder Diebstahl bewahrt, kommt es vor allem auf den Schutz vor Cyber-Attacken an – schließlich handelt sich bei diesen Systemen um kritische Infrastrukturen.

Dieser Schutz lässt sich zum einen durch integrierte Sicherheitsfunktionen wie UEFI Secure Boot oder vTPM gewährleisten. UEFI Secure Boot stellt sicher, dass nur vertrauenswürdige und autorisierte Firmware-Versionen gestartet werden und sich Schadprogramme nicht tief im System festsetzen können. vTPM ist ein virtuelles Trusted Platform Module (TPM), das kryptografische Funktionen bereitstellt und einen sicheren Speicher für Schlüssel, Zertifikate und Passwörter bietet, unter anderem um virtuelle Maschinen zu verschlüsseln oder ihre Identität und Integrität zu überprüfen.

Zum anderen müssen die Edge-Systeme immer mit aktuellen Software-Versionen und Patches ausgestattet sein, die Sicherheitslücken schließen, bevor sie von Angreifern ausgenutzt werden. Das können die verschiedenen Akteure im Stromnetz, die diese Systeme betreiben, mithilfe einer Edge-Operations-Plattform gewährleisten. Eine solche Plattform ermöglicht es ihnen, sämtliche Edge-Systeme zentralisiert zu verwalten und die darauf laufenden Anwendungen bereitzustellen, zu managen und zu sichern. Neue Firmware-Releases, Anwendungs-Updates oder Patches können sie praktisch per Mausklick auf hunderte oder tausende Geräte ausrollen. In einer zentralen Management-Konsole haben sie außerdem einen Überblick über den Zustand sämtlicher Edge-Anwendungen, können deren Status überwachen und bei Bedarf durch Updates gewährleisten, dass sie stets auf dem aktuellsten und sichersten Stand sind.

Ohne Edge Intelligence keine Energiewende

Die Energiewende stellt unser Stromnetz vor große Herausforderungen – sie macht es dezentraler, volatiler und deutlich komplexer. Edge Intelligence ist ein zentrales Instrument, um dieser neuen Realität zu begegnen. Sie verbindet die Erzeugungs- und Verbrauchsseite intelligent, reagiert in Echtzeit auf Schwankungen und ermöglicht einen stabilen und effizienten Netzbetrieb.

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