Energie + Umwelt

Windparks, Ortsnetzstationen, Pumpwerke, Kläranlagen und Fernwärmeleitungen sind weit verteilt, meist ohne Personal vor Ort und manchmal ohne Strom- oder Netzanschluss. Wer ihren Zustand erst bei der nächsten Begehung kennt, reagiert spät und fährt zu oft hinaus. IoT-Sensoren und Gateways melden Spannung, Druck, Schwingung, Verbrauch und Emissionen automatisch, per Mobilfunk, LoRaWAN oder Satellit. Hier findest du über 80 Lösungsbeispiele von Stadtwerken, Netzbetreibern, Wasserversorgern und Betreibern erneuerbarer Anlagen, jeweils mit Anwender, Technik und Umsetzungspartner.

IoT in der Energiewirtschaft: Was vernetzte Anlagen, Netze und Zähler heute leisten

Energie 4.0 heißt, dass Windkraftanlagen, Ortsnetzstationen, Zähler, Pumpwerke und Leitungen ihren Zustand selbst melden, statt dass Techniker ihn bei der nächsten Begehung ablesen. Die Digitalisierung der Energiewirtschaft beginnt deshalb fast immer mit Transparenz: Wie stark ist das Netz ausgelastet, wie viel wird wo verbraucht, und welche Anlage fällt als Nächstes aus?

Anders als in der Fabrik steht die Technik hier nicht in einer Halle. Sie ist über Hunderte Quadratkilometer verteilt, auf dem Meer, unter der Straße oder in Ventilhäusern ohne Stromanschluss, und sie gehört zur kritischen Infrastruktur. Die Lösungsbeispiele auf dieser Seite zeigen, wie Stadtwerke, Netzbetreiber, Wasserversorger und Betreiber erneuerbarer Anlagen das gelöst haben.

Was ist IoT-basierte Energieüberwachung?

IoT-basierte Energieüberwachung erfasst Strom, Gas, Wasser und Wärme automatisch an Zählern und Anlagen und überträgt die Werte laufend an eine Plattform. Dort werden Verbräuche verglichen, Lastspitzen sichtbar und Abweichungen gemeldet, etwa eine falsch eingestellte Lüftung oder ein Rohrbruch. Anders als die jährliche Ablesung liefert sie Werte im Viertelstunden- oder Stundentakt, und sie ist die Datengrundlage für ein Energiemanagement nach ISO 50001. Mehr dazu im Use Case Energiemonitoring.

Typische IoT-Anwendungen in Energie, Wasser und Umwelt

Netzmonitoring und Smart Grid im Verteilnetz

Mit Wärmepumpen, Wallboxen und Photovoltaik wird das Niederspannungsnetz zum Engpass, und dort fehlten bislang Messwerte. Regionetz hat seine Netzstationen mit Sensorik für Spannungen, Ströme und Temperaturen ausgestattet. Die Daten laufen per MQTT in eine IoT-Plattform und bilden einen digitalen Zwilling des Netzes, der Überlastungen früh zeigt und die Grundlage für das Lastmanagement nach §14a EnWG ist. Wie das Projekt vom Workshop bis zum Regelbetrieb lief, beschreibt das Beispiel Digitales Netzmonitoring für Niederspannungsnetze.

Smart Metering und Smart-Meter-Gateways

Intelligente Messsysteme bestehen aus einem digitalen Zähler und einem Smart-Meter-Gateway, das die Werte verschlüsselt überträgt. Der Messdienstleister co.met betreut rund vier Millionen Zählpunkte und bindet die Gateways über eine Global SIM an, die automatisch zwischen Mobilfunknetzen wechselt (Smart-Meter-Gateways via Mobilfunk). Beim Wasser funktioniert das ähnlich: Die Ultraschallzähler von Heitland sind ab Einbau im NB-IoT-Netz der Telekom, und Gelsenwasser verbaut rund 200.000 digitale Wasserzähler. Mehr im Use Case Smart Metering.

Predictive Maintenance für Windkraftanlagen

Jede nicht nötige Fahrt zu einer Offshore-Anlage kostet Geld und hängt von Wetter und Seegang ab. Woodward Kempen hat rund 18.000 Windkraftanlagen mit seinen Frequenzumrichtern ausgerüstet. Materna überträgt deren Leistungs- und Sensordaten per Mobilfunk, Kabel oder Satellit in eine Cloud, wo ein lernfähiges Modell Muster erkennt, die auf Fehler hinweisen (Vorausschauende Wartung für Offshore-Windanlagen). ZF überwacht auf dieselbe Weise seine Windturbinengetriebe und weiß im Schadensfall vorab, welches Teil zu tauschen ist (Predictive Maintenance für Windanlagen). Mehr im Use Case Predictive Maintenance.

Condition Monitoring in Wasserkraft und Photovoltaik

Der italienische Energieversorger CVA betreibt 32 Wasserkraftwerke auf rund 3.200 Quadratkilometern im Aostatal. Nachgerüstete Sensoren an Turbinen und Generatoren messen Schwingung, Temperatur, Druck und Durchfluss, sodass die Instandhaltung den Zustand kennt, ohne jedes Kraftwerk anzufahren (Condition Monitoring in Wasserkraftwerken). Auf dem Dach des REWE-Logistikzentrums in Henstedt-Ulzburg regelt und überwacht EHA eine Photovoltaikanlage mit 1.377 kWp aus der Ferne, der Strom wird vollständig vor Ort verbraucht (Photovoltaik-Ausbau mit Fernzugriff).

Energiemonitoring und Energiemanagement für Kommunen und Gewerbe

Viele Stadtwerke machen aus ihrer Messinfrastruktur einen Service. Die Stadtwerke Krefeld bieten Geschäftskunden ein Energiemanagement auf einer IoT-Plattform an und überwachen auf derselben Plattform ihr Fernwärmenetz mit 1.500 Zählern und die Grundwasserstände mit 450 Sensoren (Energiemonitoring als Service für Stadtwerke). Gelsenwasser bietet Kommunen und Unternehmen den GELSENWASSER-Monitor an, der Anomalien per KI erkennt. Erste Analysen haben Mehrverbräuche in Schulen aufgedeckt, verursacht durch eine falsch einregulierte Lüftungsanlage (KI-gestütztes Energiemanagement). Mehr im Use Case IoT-gestütztes Energiemanagementsystem.

Fernüberwachung und Fernwirktechnik in der Wasserwirtschaft

Pumpwerke, Regenüberlaufbecken und Kläranlagen liegen außerhalb der Orte und laufen rund um die Uhr. Die Entwässerungsbetriebe Würzburg überwachen 70 Regenwasser-Pumpstationen aus der Zentrale. Als das 3G-Netz abgeschaltet wurde, hat FleX Automation die alten Modems durch Edge-Gateways ersetzt, die per VPN und dem Fernwirkprotokoll DNP3 kommunizieren und die vorhandenen Steuerungen weiter nutzen (Fernüberwachung nach dem 3G-Aus). Im Gemeinschaftsklärwerk Bad Pyrmont-Lügde entfallen 60 bis 70 Prozent der Energiekosten auf Gebläse und Verdichter. Eine Fernüberwachung mit Condition Monitoring und Energiemanagement spart dort Anfahrten und zeigt verschlissene Teile, bevor sie Strom verschwenden (Fernüberwachung für Klärwerke).

Fernwärme und Geothermie

Wärmenetze verlaufen unter der Straße, und jeder Druckwert von Hand heißt Schacht öffnen, absichern, absteigen. Druckmonitoring per IIoT macht daraus einen Messwert im Portal (Fernwärmenetze per Druckmonitoring warten). In Island überwacht der Netzbetreiber Veitur den Druck an einer fast 30 Kilometer langen Heißwasserleitung, auch an Ventilhäusern ohne Strom und ohne Kommunikationsanschluss (Druckmonitoring geothermischer Infrastruktur).

Umweltmonitoring und Emissionsüberwachung

Die EU-Methanverordnung verlangt, dass Betreiber Methanemissionen an allen Betriebsstätten messen und berichten. Allein in Hamburg gibt es mehr als 600 Gasdruckregel- und Messstationen, die bisher von Hand begangen wurden. Stationäre Methansensoren überwachen sie dauerhaft (Kontinuierliche Methanmessung). In Stuttgart entfernen vernetzte Filter Cubes von MANN+HUMMEL mehr als 80 Prozent des Feinstaubs und Stickstoffdioxids aus der Straßenluft und laufen nur dann, wenn die Messwerte es verlangen (IoT gegen dicke Luft). Mehr im Use Case Emissionsmanagement.

Cybersicherheit: Energieanlagen sind kritische Infrastruktur

Jeder Fernzugang zu einem Windpark oder einer Netzstation ist auch ein möglicher Angriffsweg. BayWa r.e. wartet einen Großteil seiner Solar- und Windparks aus der Ferne und hat deshalb eine Angriffserkennung direkt auf dem vorhandenen Energie-Gateway installiert, rein als Software und ohne zusätzliche Hardware im Feld. Sie analysiert die Kommunikation passiv und meldet Angriffe und Fehlerzustände in Echtzeit (Angriffserkennung an der Edge im Windpark). Wer IoT in der Energieversorgung plant, sollte Zertifikatsmanagement, verschlüsselte Übertragung und zentrale Updates von Anfang an mitdenken.

Welche Funktechnik in der Energie- und Wasserwirtschaft passt

Für Zähler und Messstellen im Keller oder Schacht eignen sich NB-IoT und LTE-M, weil sie Wände gut durchdringen und mit Batterie jahrelang laufen. LoRaWAN deckt mit wenigen Gateways ein ganzes Stadtgebiet ab und ist bei Stadtwerken für Wasser- und Wärmezähler verbreitet. Pumpwerke, Umspannwerke und Erzeugungsanlagen hängen meist per 4G oder 5G mit VPN am Leitsystem, offshore kommen Kabel oder Satellit dazu. In der Fernwirktechnik laufen darüber Protokolle wie DNP3, IEC 60870-5-104, IEC 61850 oder Modbus TCP.

So startest du ein IoT-Projekt in der Energiewirtschaft

Beginne mit einer Stelle, an der heute jemand hinfährt, um einen Wert abzulesen, oder an der ein Ausfall teuer wird: eine Ortsnetzstation an der Lastgrenze, ein entlegenes Pumpwerk, ein Getriebe mit Schadenshistorie. Regionetz hatte keine IoT-Erfahrung, hat mit einem zweitägigen Workshop begonnen und die Technik ein Jahr lang in einem Proof of Concept erprobt, bevor sie in den Regelbetrieb ging. Kläre früh, in welches System die Daten fließen, etwa Leitsystem, SCADA, ERP oder Kundenportal, und wer die Gateways betreibt.

IoT-Anbieter mit Referenzen in Energie und Umwelt finden

Alle Lösungsbeispiele auf dieser Seite nennen den Umsetzungspartner, die eingesetzte Technik und meist auch den Anwender, darunter Regionetz, Stadtwerke Krefeld, Gelsenwasser, BayWa r.e., CVA, ZF und die Entwässerungsbetriebe Würzburg. So siehst du, wer ein vergleichbares Projekt bereits umgesetzt hat. Wenn du dein Vorhaben über das Kontaktformular kurz beschreibst, stellen wir den Kontakt zu passenden Anbietern her.