Die Automatisierung industrieller Prozesse ist eine Realität, die sich in den letzten Jahren konsolidiert hat und bei der die industrielle Kommunikation eine grundlegende Rolle spielt.

In diesem Umfeld sind industrielle Kommunikationsnetze die Grundlage für das reibungslose Funktionieren der Steuerungs- und Überwachungssysteme sowie für die digitale Transformation der Produktionsprozesse im Werk.

Was ist industrielle Kommunikation?

Industrielle Kommunikationsnetze sind eine Reihe miteinander verbundener elektronischer Geräte, die die schnelle und zuverlässige Übertragung von Informationen ermöglichen. Sie werden eingesetzt, um Anlagen, Maschinen und Verwaltungsgeräte miteinander zu verbinden und industrielle Prozesse einfacher und zuverlässiger zu steuern.

Diese industriellen Kommunikationsnetze bestehen aus physischen Systemen und Softwareanwendungen, die einen schnellen, sicheren und konstanten Informationsfluss ermöglichen und der Industrie eine große Flexibilität bei der Ausführung vieler ihrer täglichen Aufgaben bieten.

Darüber hinaus werden in einem industriellen Umfeld auch spezielle Kommunikationseinrichtungen verwendet, die für den Betrieb und die Sicherheit von grundlegender Bedeutung sind, wie z. B:

Die Netzwerkkommunikation. Sie regeln die Datenübertragung im Industrienetz, von den Servern zu den verschiedenen angeschlossenen Geräten.

Drahtlose Netzwerke. Vor allem Wi-Fi-Netze, die für die Verbindung zahlreicher Geräte in einer Fabrik (wie IoT-Geräte oder das Internet der Dinge) von entscheidender Bedeutung sind.

Sprachkommunikationsnetze. Wie Beschallungs-, Telefonie- oder Gegensprechanlagen.

Prozessüberwachung oder Sicherheit mit CCTV-Systemen. Ein grundlegender Bestandteil der Industrie ist die Kommunikationsinfrastruktur zur Überwachung des Status von Prozessen und Maschinen sowie zum Schutz von Waren und Werten.

Zugangskontrolle. Kommunikations- und Zugangssysteme, die speziell für die vollständige Kontrolle des Zugangs zu den verschiedenen Bereichen eines Werks oder einer Fabrik entwickelt wurden und ein höheres Maß an Sicherheit bieten.

Andere Sicherheits- und Kommunikationseinrichtungen. Wie z. B. die Serverinfrastruktur für das Anwendungsmanagement oder Brandmeldesysteme.

Arten von industriellen Kommunikationsnetzen

Im Bereich der Kommunikation in industriellen Umgebungen gibt es verschiedene Arten von Netzen, die sich an die spezifischen Bedürfnisse der jeweiligen Branche anpassen. Sehen wir uns einige der gängigsten Arten von industriellen Kommunikationsnetzen an:

Verwaltungsnetz

Dieser Netzwerktyp dient der Verbindung der verschiedenen Geräte und Ausrüstungen in einem Industriebetrieb mit dem Ziel, eine Echtzeitkommunikation zwischen den verschiedenen Systemen wie Produktion, Logistik, Wartung, Qualitätssysteme usw. zu gewährleisten.

Das Verwaltungsnetz wird in bestimmten Bereichen des Werks eingesetzt, z. B. in den Büros, im Bereich der Auftragsverwaltung, im Lager, in der Verwaltungs- und Buchhaltungsabteilung und in anderen Bereichen.

Produktionsnetz

Das Produktionsnetz ist eine industrielle Kommunikationsinfrastruktur, die in der gesamten Produktionsanlage installiert ist und alle Geräte und Systeme im Werk miteinander verbinden soll. Dieses Netz ist für den Informationsaustausch und die effiziente Verwaltung der Produktionsprozesse unerlässlich.

Im Rahmen der Produktion müssen diese Kommunikationsnetze in der Lage sein, Nachrichten jeder Größe zu verarbeiten, von kleinen Kontrollnachrichten bis hin zu großen Konstruktionsdatenübertragungen. Darüber hinaus müssen diese Netze in der Lage sein, Nachrichten mit unterschiedlichen Prioritäten zu verarbeiten, um eine schnelle Reaktion auf Notfälle zu ermöglichen und gleichzeitig eine effiziente Übertragung von Entwurfs- und Planungsdateien zu gewährleisten.

Ein weiteres wichtiges Merkmal dieser Netze ist die Fähigkeit, Übertragungsfehler effektiv zu handhaben und Kommunikationsprobleme automatisch zu erkennen und zu korrigieren (um sicherzustellen, dass kritische Informationen zuverlässig und rechtzeitig übertragen werden).

Zellennetz

Produktionszellen sind in sich geschlossene Einheiten innerhalb einer Fabrik, die für eine bestimmte Aufgabe im Produktionsprozess ausgelegt sind, z. B. für die Montage von Komponenten oder die Fertigung von Teilen.

Das Zellennetz ist eine Art industrielles Kommunikationsnetz, das dazu dient, die verschiedenen Anlagen und Geräte in einer Produktionszelle miteinander zu verbinden. Zellennetze stellen eine industrielle Kommunikationsarchitektur dar, die die Verbindung von Fertigungsgeräten ermöglicht, die im sequenziellen Modus arbeiten, wie z. B. Roboter und programmierbare Steuerungen (PLCs). Der Hauptzweck dieser Verbindung besteht darin, die Effizienz bei der Bearbeitung kurzer Nachrichten zu optimieren und ihre Verwaltungskapazität zu stärken.

Feldbusse

Feldbusse basieren auf der Idee, dass Geräte in der Anlage direkt miteinander kommunizieren können, indem sie einen gemeinsamen Bus benutzen (ohne die Notwendigkeit einer separaten Verbindung zu einer zentralen Steuerung).

Feldbusse sind eine industrielle Kommunikationstechnologie, die zur Verbesserung der Effizienz und zur Verringerung des Verdrahtungsaufwands in Steuerungs- und Automatisierungsumgebungen entstanden ist. Im Gegensatz zur analogen Punkt-zu-Punkt-Übertragung, bei der jeder Sensor oder Aktuator direkt mit dem entsprechenden Steuergerät verbunden ist, können mit Feldbussen mehrere Geräte an einen einzigen Bus angeschlossen werden, was die Komplexität der Verdrahtung und die Kosten reduziert.

Die industrielle Kommunikation ist ein wesentlicher Bestandteil des Betriebs in jeder Branche und muss optimiert werden, um einen schnellen, sicheren und effizienten Datenfluss in allen Bereichen zu gewährleisten. Neben der für Produktionsprozesse typischen industriellen Kommunikation spielen in der modernen Industrie 4.0 auch spezielle Kommunikationssysteme eine entscheidende Rolle.

Auf ein spezialisiertes Unternehmen mit jahrelanger Erfahrung im Bereich der industriellen Kommunikation zu setzen, ist die beste Alternative, um die besten Kommunikations- und Informationsaustauschsysteme zu gewährleisten. Zögern Sie also nicht und kontaktieren Sie Microsegur, um ein individuelles Angebot entsprechend den Eigenschaften und besonderen Bedürfnissen Ihres Unternehmens zu erhalten.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Netzplanung von einem fragmentierten nationalen Bereich zu einem eher EU-weiten Planungsansatz entwickelt, der die Integration des Energiebinnenmarktes unterstützt.

Im Jahr 2003 öffnete die Verordnung (EG) Nr. 1228/2003 die Tür für Investitionen Dritter in die Übertragung, d. h. in kommerzielle Übertragungsleitungen, und die Entscheidung Nr. 1229/2003/EG legte Leitlinien für die transeuropäischen Energienetze fest. Dies geschah vor dem Hintergrund, dass einige Planer von Energienetzen Bedenken hinsichtlich der Notwendigkeit neuer Investitionen in die Erzeugung und die Netze geäußert hatten, um das prognostizierte Nachfragewachstum zu decken. Drei Jahre später wurde mit der Entscheidung Nr. 1364/2006/EG das Konzept des „Vorhabens von europäischem Interesse“ zusätzlich zu den bereits bestehenden Kategorien der Vorhaben von gemeinsamem Interesse (PCI) und der vorrangigen Vorhaben eingeführt.

Eine weitere Europäisierung der Netzplanung erfolgte 2009 mit dem Dritten Energiepaket, mit dem das Europäische Netz der Übertragungsnetzbetreiber für Elektrizität und Gas (ENTSO-E und ENTSOG) geschaffen wurde. Sie wurden verpflichtet, den Zehnjahresnetzentwicklungsplan (TYNDP) für Strom und Gas zu entwickeln und alle zwei Jahre zu veröffentlichen, wobei sie auf nationalen Entwicklungsplänen und den Bedürfnissen der Netznutzer aufbauen und regionale Investitionspläne berücksichtigen. Die TYNDP sind zwar nicht verbindlich, zielen aber darauf ab, Investitionslücken, insbesondere in Bezug auf grenzüberschreitende Kapazitäten, zu ermitteln und den Marktteilnehmern eine Vorstellung von der Entwicklung der europäischen Übertragungsinfrastruktur zu vermitteln.

Im Jahr 2013 wurde mit der Verordnung (EU) Nr. 347/2013 über die transeuropäischen Netze im Energiebereich (TEN-E-Verordnung) der Ansatz für die Auswahl von PCIs aktualisiert, indem der TYNDP zur einzigen Grundlage für Übertragungsprojekte gemacht wurde, die als PCIs in Betracht kommen. Mit der TEN-E-Verordnung wurde auch ein strukturierteres Verfahren für die grenzüberschreitende Kostenzuweisung (CBCA) für Vorhaben von gemeinsamem Interesse eingeführt, um das Problem von Projekten mit ungleicher Verteilung von Kosten und Nutzen auf die beteiligten Länder zu lösen.

Die TEN-E-Verordnung steht nun zur Überarbeitung an.

Der im Dezember 2020 veröffentlichte Legislativvorschlag der Europäischen Kommission zielt darauf ab, die TEN-E-Verordnung besser auf die Dekarbonisierungsziele des Grünen Deals abzustimmen, indem die Entwicklung der Infrastruktur für saubere Energie erleichtert wird. Er konzentriert die Förderung der Energieinfrastruktur – durch Verfahrensstraffung und Finanzierung – auf Strom- und Wasserstoffinfrastruktur und Elektrolyseure, erneuerbare Gase sowie intelligente (Gas-)Netze. Außerdem wird ein obligatorisches Nachhaltigkeitskriterium eingeführt, um sicherzustellen, dass die PCI-Kandidatenprojekte mit den Klimazielen in Einklang stehen.

Darüber hinaus schlägt die Europäische Kommission vor, dass Erdgasinfrastrukturen und Ölpipelines nicht mehr für den PCI-Status in Frage kommen. In diesem Zusammenhang erklärte sie, dass „Erdgas zwar eine Rolle bei der Energiewende im kommenden Jahrzehnt spielen wird, wie der Europäische Rat anerkannt hat, der Sektor jedoch mit der Dekarbonisierung beginnen muss“. Längerfristig wird es durch erneuerbare und kohlenstoffarme Gase, z. B. Biogas und Wasserstoff, ersetzt werden.

Darüber hinaus wird in der Überarbeitung vorgeschlagen, dass bei Entscheidungen über die grenzüberschreitende Kostenzuweisung (CBCA) die vollen Kosten von PCI zugewiesen werden, damit eine Bewertung der Auswirkungen auf die Netztarife vorgenommen werden kann. Bisher wurde in vielen CBCA-Entscheidungen nur ein Teil der Gesamtinvestitionskosten zugewiesen, in der Erwartung, dass der verbleibende Anteil durch EU-Mittel gedeckt würde.

Die Entwicklung von Wasserstoffnetzen

Die EU-Wasserstoffstrategie schlägt Maßnahmen zur Förderung der Entwicklung von Wasserstoff als Energieträger vor, um zur Dekarbonisierung der Wirtschaft beizutragen, insbesondere in schwer zugänglichen Sektoren. Sie räumt erneuerbarem Wasserstoff Vorrang ein und setzt das Ziel, bis 2024 mindestens 6 GW Elektrolyseure zu installieren, die erneuerbaren Wasserstoff erzeugen, und 40 GW bis 2030. Ein Großteil dieses Wasserstoffs könnte jedoch lokal verbraucht werden, so dass es höchst ungewiss ist, wann ein EU-weites Wasserstoffnetz erforderlich sein wird. In dieser Hinsicht gehen die Meinungen weit auseinander. Während eine Gruppe europäischer Gasfernleitungsunternehmen schätzt, dass bis 2030 ein 6800 km langes Pipelinenetz vorhanden sein muss, um das Potenzial von Wasserstoff voll ausschöpfen zu können, und dass dieses Netz bis 2040 auf 23000 km erweitert werden muss, weisen andere Interessengruppen darauf hin, dass die angemessene Größe des Netzes in hohem Maße von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich Nachfrage und Angebot von Wasserstoff tatsächlich entwickeln werden. In diesem Zusammenhang empfehlen ACER und CEER einen schrittweisen Ansatz für die Regulierung des Wasserstoffnetzes entsprechend seiner Entwicklung.

Die EU-Strategie fügt hinzu, dass die Entwicklung von Wasserstoffnetzen eine solide Infrastrukturplanung voraussetzt, die die Grundlage für Investitionsentscheidungen bildet, z. B. in Form von TYNDPs. Dies wird auch private Investoren von Elektrolyseuren darüber informieren, wo sie ihre Projekte ansiedeln sollten. Der TEN-E-Vorschlag schließt die Wasserstoffinfrastruktur in seinen Geltungsbereich ein. Die TYNDP für Gas sollen Wasserstoffnetze enthalten, um ihre Verbreitung zu fördern.

Die Herausforderung der Offshore-Energie

Eine weitere (kommende) Herausforderung für die Netzplanung ist die Integration der Offshore-Energie. Derzeit sind die meisten Offshore-Windparks in Europa und auch weltweit relativ küstennah und radial verbunden, d. h. die Windparks sind einzeln an die Küste angeschlossen, und es gibt keine Koordination zwischen den Parks. Im Dezember 2020 hat das erste Hybridprojekt in Europa, Kriegers Flak“, seine Testphase begonnen. Es verbindet das deutsche und dänische Stromnetz mit Offshore-Windparks.

Um die Ziele des Grünen Deals zu erreichen, schätzt die EU-Strategie für erneuerbare Energien auf See, dass bis 2030 mindestens 60 GW Offshore-Windkapazität und 1 GW Meeresenergiekapazität installiert werden müssen, um bis 2050 300 GW bzw. 40 GW installierte Kapazität zu erreichen. Die Strategie unterstreicht die Herausforderung, die Offshore-Energie auf kosteneffiziente und nachhaltige Weise zu nutzen. Sie fördert eine rationellere Netzplanung und die Entwicklung eines vermaschten Offshore-Netzes. Dies würde eine stärkere Zusammenarbeit bei der Netzplanung zwischen den nationalen Übertragungsnetzbetreibern und den Regulierungsbehörden auf Seebeckenebene erfordern.

Die Offshore-Strategie fügt hinzu, dass „der im Rahmen der TEN-E-Verordnung geschaffene regionale Kooperationsrahmen zur Ermittlung von Projekten von gemeinsamem Interesse ebenfalls ein gutes Modell ist, auf dem man aufbauen kann“.

Außerdem kann der offshore erzeugte Strom vor Ort in Wasserstoff umgewandelt werden, der dann an Land transportiert werden muss. Daher sollte ein Offshore-Wasserstoffnetz neben oder als Alternative zu Offshore-Stromnetzen in Betracht gezogen werden. In diesem Zusammenhang wäre eine integrierte Planung von Strom- und Wasserstoffnetzen sowie von Offshore- und Onshore-Netzen unerlässlich.

Die Integration der Energieinfrastrukturplanung

Um den Dekarbonisierungsprozess weiter voranzutreiben, fordert die EU-Strategie für die Integration der Energiesysteme einen neuen, ganzheitlichen Ansatz für die Planung und den Betrieb der Infrastruktur durch die Integration der Energiesysteme.

Die integrierte Netzplanung gewinnt zwar zunehmend an Bedeutung, doch gibt es bisher nur wenige Anwendungsbeispiele.

Die zweite Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EU) 2018/2001 verlangt von den Verteilernetzbetreibern (VNB), das Potenzial von Fernwärme- oder Fernkältesystemen für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen zu berücksichtigen. Auch die Elektrizitätsrichtlinie (EU) 2019/944 verlangt von den Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) in ihren TYNDPs und von den Verteilernetzbetreibern (VNB) in ihren nationalen Verteilungsentwicklungsplänen, dass sie das Potenzial der Nutzung von Demand Response, Energiespeicherung und anderen Ressourcen als Alternativen zu herkömmlichen leitungsgebundenen Lösungen berücksichtigen. Diese Anforderung ist für die DSOs besonders wichtig, um vom traditionellen Kupferplatten-Ansatz zu einer effizienteren Netzplanung überzugehen, um die zunehmenden Herausforderungen durch dezentrale Erzeugung, Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen zu bewältigen.

Der gemeinsame Strom- und Gasszenariobericht TYNDP von ENTSOG und ENTSO-E (2020) ist ebenfalls ein Beispiel für integrierte Planung, um gemeinsam Lösungen und Wege zur Erreichung der Klima- und Energieziele zu finden. Diese integrierten Pläne, die auch bei der Planung der Verteilungsnetze zu berücksichtigen sind, müssen jedoch durch eine Verordnung durchgesetzt werden. In dem Vorschlag zur Überarbeitung der TEN-E-Verordnung werden ENTSOG und ENTSO-E aufgefordert, gemeinsame Szenarien zu entwickeln, die für die TYNDPs verwendet werden sollen, und für den Gas-TYNDP auch die Wasserstoffinfrastruktur zu berücksichtigen. In den Entwicklungsprozess sollten auch andere Interessengruppen wie die EU-DSO-Entität und die einschlägigen Akteure des Wasserstoffsektors einbezogen werden.