Sektorkobling som byggesten for the All Electric Society

Smart samarbejde mellem information og energi

Klimaforandring ses og mærkes mange steder i verden. Derudover bliver den faktiske TCO (Total Cost of Ownership) ved konventionelle energikilder og produktionsprocesser mere tydelig og viser det akutte behov for vedvarende energi. Tekniske løsningskoncepter eksisterer allerede. Industrien – særligt elektrisk udviklings- og informationsteknologi – kan og skal reagere nu for at hjælpe med at forme fremtiden.

 Forholdet mellem sociale rammer og teknisk og økonomisk udvikling afspejles i den succesfulde evolution inden for elektrisk udvikling og informationsteknologi gennem de seneste 150 år. Og denne proces er langt fra komplet: Udover digitalisering og internettet som de kræfter, der driver en revolutionerende teknisk og økonomisk udvikling, er der to globale temaer, som fremhæves stadig mere og kræver valide løsninger, ikke mindst på et teknisk niveau – nemlig klimaændringer og forbedring af leveforhold for millioner af mennesker over hele verden. Hvordan vi tackler disse sociale og økologiske opgaver, påvirker alle og alt i en globaliseret verden.

Løsninger af fortrinsvis teknisk karakter

Gennem internationale politikker spiller industrien en vigtig rolle i disse processer – særligt gennem emner som elektrificering, networking og automation. Det var f.eks. kun med de ambitiøse klimamål fra Paris aftalen fra 2015, at Tyskland begyndte at lede vejen med sin tilgang til en energirevolution. FN’s 17 bæredygtige verdensmål, som er udviklet i 2016, tager udgangspunkt i, at ca. 70% af løsningerne vil være af teknisk karakter.

Udviklingsmål nummer 7 (adgang til ren energi til en overkommelig pris) er især relevant for elektrisk udvikling, da det forbinder kernekompetencer til de to førnævnte globale udfordringer for fremtiden. Disse har været og er til tider stadig set som modstridende mål: baseret på den præmis, at en hurtig udvikling af nye lande og udviklingslande gør anvendelsen af fossile energier nødvendig til billig generering af elektricitet. I den sammenhæng vil de negative påvirkninger af klimaet skulle accepteres som indrekte skader.

I betragtning af de kendte følgeomkosninger, der er forbundet med bortskaffelse af radioakivt affald eller en atomulykke, bliver det tydeligt, at aktuelle elektricitetspriser ikke dækker den totale omkostning ved denne form for energiudvinding. Det samme gælder for kulproduktion i Tyskland, både i undergrunden og over. I henhold til Tysklands miljøministerium, Nature Conservation og Atomsikkerhed (BMU) er den miljømæssige omkostning ved udledning af et ton CO₂ omkring 180 euro – et beløb, som ikke dækkes af nogen elektricitetsregning, men et beløb som skal dækkes af samfundet. Disse opdagelser ændrer vores opfattelse af de førnævnte modstridende mål, fordi det er tydeligt at generering af vedvarende energi er bydende nødvendig – ikke kun af økologiske årsager, men lige så vigtigt af økonomiske.

Elektricitet som en bæredygtig måde at generere primær energi

Den mængde solenergi, der er tilgængelig, overstiger langt de nuværende, globale energikrav og er uudtømmelige efter menneskelig målestok. Derudover er det teknologiske grundlag allerede til stede til at dække det behov for elektricitet, som genereres på en klima-neutral, genanvendelig og miljøvenlig måde baseret på solenergi. Det er muligt at forestille sig en fremtidig verden, hvor elektricitet til alle områder af livet udelukkende genereres på en kulstofneutral måde fra genanvendelige energikilder: nemlig et All Electric Society.

All Electric betyder imidlertid ikke, at andre energikilder ikke længere vil spille en rolle. Det er fordi, at elektricitet genereret af sol eller vind, ikke er tilgængelig alle steder i samme omfang og på samme konstante måde. Derudover er den udnyttede energi svær at lagre. Samtidig er elektricitet ikke en egnet energikilde til specifikke anvendelser som f.eks. transport via luft eller til havs eller til opvarmning af bygninger. For at kunne levere praktiske løsninger her hviler ideen om All

Electric Society på et paradigmeskift. I årtier er elektricitet hovedsagligt blevet genereret fra primære energikilder som kul, olie og gas, men i fremtiden vil elektriciteten selv blive en bæredygtigt genereret primær energi, som kan konverteres til andre som f.eks. kulstofneutrale væsker eller gasenergikilder som krævet.

Vejen mod All Electric Society er lang, men retningen er tydelig. Det nødvendige paradigmeskifte hviler på Power-to-X teknologier, som giver tydelige, teknologiske svar på spørgsmål om tilgængelighed, lagring og genopretning af elektrisk energi. Gennem konverteringsprocesser tager Power-to-X energi, som oprindeligt blev fremstillet som elektritet, og gør den tilgængelig i form af f.eks. hydrogen, metan eller metanol. Elektricitet kan dermed anvendes til at fremstille klimaneutrale brændstoffer til biler, skibe eller flyvemaskiner. Såkaldte e-fuels muliggør yderligere brug af den eksisterende infrastruktur, de udgør en effektiv måde at lagre og transportere energi, og de kan endda konverteres tilbage til elektricitet ved at benytte kombinerede varme- og kraftværker.

Øget energieffektivitet

Den lave effektivitet i energikonverteringsprocessen, der benyttes til Power-to-X teknologier betyder imidlertid, at de omkostninger, der er forbundet med generering af vedvarende energi, skal reduceres væsenligt for at e-fuels kan produceres økonomisk. En sådan reduktion kan forventes på længere sigt takket være den store globale udvidelse af den distribuerede generering af vedvarende energi. I den mellemliggende periode er det afgørende, at energieffektiviteten øges. Sektorkobling tilbyder en teknisk løsning, som også kan bære økonomisk. Den indeholder omfattende smart networking i disse sektorer: energi, industri, mobilitet, infrastruktur og bygninger, både hvad angår information og energi. Målet er at skabe et effektivt og balanceret overordnet system, hvor overskudsenergi altid kan føres præcis derhen, hvor der er behov. Det er baseret på maksimal elektricificering samt digitalisering, networking og automation af alle sektorer.

Det er her, hvor elektrisk udvikling, automationsteknologi og informationsteknologi kommer ind. Moderne systemstrukturer og arkitekturer er formet af historien. I hver sektor er der etableret forskellige tekniske standarder, som udfører deres opgaver på det relevante område. Når det kommer til networking på tværs af sektorer udgør disse standarder og teknologiske forskelle en forhindring. For at muliggøre den nødvendige kommunikation skal der bygges ”teknologiske broer”, som øger omkostningerne ved projektet. Et eksempel på det er f.eks. sammenkoblingen af komponenter fra bygnings- og fabriksautomation, så klimaværdier fra et lokale kan benyttes til procesovervågning og optimering, eller så genereret energi kan føres tilbage til bygningens netværk. Selvom denne type kobling er teknologisk mulig, omfatter den en stor arbejdsindsats og høje omkostninger.

Elektrisk udvikling og informationsteknologi skal nærme sig hinanden

I de kommende år vil den økonomiske implementering af sektorkobling kræve konvergens mellem elektrisk udvikling og informationsteknologi på tværs af traditionelle områder som bygningsautomation, transportteknologi og fabriks- og procesautomation. De grundlæggende teknologier til at opnå dette findes allerede: fra 5G og TSN til Single Pair Ethernet – en gnidningsløs kommunikationsinfrastruktur kan etableres mellem mange komponenter, som er installeret hvor som helst fra sensor/aktuator niveau til IT-systemet. Baseret på dette vil kommunikationsstandarder som OPC UA, åbne kontrolplatforme som PLCnext Technology fra Phoenix Contact, softwareløsninger som dockers, open-source projekter som MORYX framework, som Phoenix Contact for nylig publicerede på GitHub og low-code udviklingsmiljøer accelerere implementeringen af cross-domain projekter og applikationer. Globalt er der allerede samlet stor erfaring indenfor den teknologiske implementering af sektorkobling.

Det er derfor tydeligt, at teknologi er en afgørende byggesten for at afhjælpe klimaforandringer samt bidrage til udvikling og fremgang for millioner af mennesker. Visionen med All Electric Society begynder at tage form. Virksomheder, organisationer, sammenslutninger og andre vigtige spillere inden for automationsteknologi og industriel elektrisk udvikling skal nu arbejde sammen for at udvikle det store billede og konkretisere de finere detaljer. Det vil kræve meget dialog og samarbejde – både inden for industrien, med forskere, videnskabsfolk og naturligvis offentligheden.

Styrkelse af teknologisk lederskab

Virksomheder kan arbejde hen imod All Electric Society på to forskellige måder: de kan enten tage den konkurrencemæssige tilgang med nye teknologier, løsninger og produkter, som vil gøre generering af vedvarende energi, sektorkobling og produktion af e-fuels mere effektiv. Eller de kan arbejde sammen i et tæt partnerskab for at udvikle en global løsning af de mest presserende problemer ved at have en bred tilgang til markedet. Den tyske industri inden for elektrisk udvikling og informationsteknologi kan reagere nu for at styrke sin position som teknologileder ved at videreudvikle det store billede for et fremtidigt All Electric Socity. Tiden er kommet til at anerkende disse muligheder og diskutere dem mere aktivt inden for industrien.

Mere om All Electric Society.

 

Referencer

DKE: All Electric Society – Transformation der Energiewelt (All Electric Society – Transformation of the Energy World). Innovation Campus 2019, https://www.dke.de/de/veranstaltungen/innovation-campus-2019, June 26, 2020.

Kapferer, S., Gönner, T., Schwieters, N., Otto, S.-J. (publisher): Delphi Energy Future 2040. Delphi-study on the future of energy systems in Germany, Europe, and the world by the year 2040. 2016.

Prof. Dr. Radermacher: Globalisierung, Nachhaltigkeit, Zukunft – neue Ansatzpunkte und Optionen (Globalization, Sustainability, the Future – New Approaches and Options) presented at the 1. Ulmer ImpulsForum – YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=fNObuR1uae8, June 26, 2020.

Rifkin, J.: Der globale Green New Deal. Warum die fossil befeuerte Zivilisation um 2028 kollabiert – und ein kühner ökonomischer Plan das Leben auf der Erde retten kann (The Green New Deal: Why the Fossil Fuel Civilization Will Collapse by 2028, and the Bold Economic Plan to Save Life on Earth). Frankfurt: Campus Verlag, 2019.

UNO: Sustainable Development Goals. Sustainable Development Knowledge Platform, https://sustainabledevelopment.un.org/?menu=1300, June 26, 2020.

Wietschel, M.: Sektorkopplung – Definition, Chancen und Herausforderungen (Sector Coupling – Definition, Opportunities, and Challenges). Karlsruhe: Fraunhofer ISI, 2018.

World Economic Forum: How New Technologies Can Be Key to Tackling the Global Goals (in collaboration with PwC), https://www.weforum.org/reports/unlocking-technology-for-the-global-goals, June 26, 2020.