Überbrückung der Smart City-Kluft: Bristols Weg zu Energieeinsparungen
In der Serie Schréder 360 berichten Projektverantwortliche, Projektmanager*innen, Endnutzer*innen und unsere eigenen Ingenieur*innen darüber, wie innovative Beleuchtungslösungen entstehen. In dieser Ausgabe befassen wir uns mit der vollständigen Umgestaltung der Straßenbeleuchtung in Bristol (Großbritannien), die durch die Anbindung aller Anlagen an die Schréder EXEDRA-Plattform erreicht wurde. Durch die optimierte Beleuchtung spart die Stadt bereits Energie, Zeit und Geld und schafft gleichzeitig die Grundlage für künftige intelligente Anwendungen.
Bristol, eine der größten Städte Großbritanniens, hat fast 500.000 Einwohner. Als Zentrum des Ingenieurwesens beherbergt die Stadt Brunels Clifton-Hängebrücke, einen großen Airbus-Standort sowie zwei renommierte Universitäten. Die Stadt hat zudem zahlreiche Umweltpreise gewonnen, darunter die Auszeichnung als erste Fahrradstadt Großbritanniens, und setzt sich kontinuierlich dafür ein, die Lebensqualität ihrer Einwohner zu verbessern und die CO₂-Emissionen zu senken.
Im Jahr 2019 stellte Bristol die erste Fassung seines One City Plan vor. Ziel ist ein Bristol im Jahr 2050, das eine „gerechte, gesunde und nachhaltige Stadt ist, eine Stadt der Hoffnung und der Zukunftsträume, in der jeder an ihrem Erfolg teilhaben kann“. Dazu gehören die Umsetzung der Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) und die Erreichung der Netto-Null-Kohlenstoffemissionen bis 2030.
Die Modernisierung der städtischen Beleuchtung hatte bereits einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung dieser Ziele geleistet. Als man sich an Schréder wandte, wollte man einen Schritt weiter gehen und das Potenzial intelligenter, vernetzter Anwendungen ausschöpfen. Gemeinsam haben wir ein System entwickelt, mit dem wir das Unternehmen bei seiner künftigen Expansion unterstützen können - und das bereits im ersten Betriebsjahr Energiekosten in Höhe von 1,4 Millionen Pfund eingespart hat.
Bristol wollte und musste nicht seine gesamte Straßenbeleuchtung erneuern oder modernisieren. Mit rund 35.000 Leuchten verschiedener Hersteller umfasst der Bestand alles von historischen Laternen auf dem College Green bis hin zu einer großen Anzahl von Schréder AXIA 3-Laternen in Wohn- und Verkehrsstraßen.
In den letzten zehn Jahren hatte man rund 20.000 LED-Laternen installiert. Die Ziele bestanden darin, die Energieeinsparungen zu steigern, die Straßenbeleuchtung für die Anwohner zu verbessern und die Grundlagen für künftige intelligente Technologien zu schaffen. Wir halfen Bristol, all diese Ziele zu erreichen, indem wir Schréder EXEDRA implementierten, ein offenes und anpassungsfähiges zentrales Managementsystem (CMS).
Ein CMS kann den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen senken, indem es die Straßenbeleuchtung über an den Leuchten angebrachte Knotenpunkte fernsteuert. Eigentümer können ein Portfolio von Anlagen verwalten und erhalten beispiellosen Zugriff auf Betriebsdaten. Dadurch können sie defekte Geräte in Echtzeit erkennen und durch die Optimierung der Beleuchtungsstärke Energie sparen.
Was Schréder auszeichnet, ist, dass das CMS nur der Anfang ist – alles, von Sensoren bis hin zu Ladestationen für Elektrofahrzeuge, lässt sich miteinander vernetzen. Bristol musste Laternen verschiedener Hersteller - nicht nur von Schréder - miteinander vernetzen und suchte nach einem langfristigen Partner, der das Unternehmen bei der Umsetzung des „One City Plan“ unterstützt.
Nach einem umfassenden Ausschreibungsverfahren, an dem alle Beteiligten - darunter IT-Mitarbeiter, Wartungsunternehmen und Umweltexperten - beteiligt waren und in dessen Rahmen Anforderungen zur Erzielung von Einnahmen und zur Gewährleistung strenger Cybersicherheitsstandards festgelegt wurden, entschied sich Bristol für die Zusammenarbeit mit Schréder.
Diese Investition bringt zahlreiche Vorteile mit sich, die sich im Wesentlichen durch die Energieeinsparungen des Projekts amortisieren werden. All dies wurde intern vom BCC finanziert, nicht von der britischen Regierung oder ähnlichen Stellen, und zwar im Rahmen einer Strategie, bei der Investitionen als Sparmaßnahme dienen.
Mit einem klaren Business Case für die Umsetzung eines Projekts im Gesamtwert von 11,9 Millionen Pfund „würde diese Investition uns als Stadt helfen, unsere Anlagen besser zu verstehen und eine Fülle von Informationen über sie zu gewinnen, was uns auch dabei helfen würde, das Straßenbeleuchtungsnetz in Zukunft zu verwalten“, fügt Taylor hinzu.
Gemeinsam ein Team werden
Bristols erster Schritt erfolgte intern: Taylor ernannte Steve Thomas zum Leiter der Abteilung für elektrische Straßeninfrastruktur, um das Projekt zu leiten.
Wir wollten mit dem CMS eine intelligente Stadt entwickeln. Wir hatten konkrete Anforderungen hinsichtlich der Inbetriebnahme, um diese zu vereinfachen und unseren Auftragnehmern und Mitarbeitern die Arbeit damit erheblich zu erleichtern. Es gab viele Systeme, die ziemlich ähnliche Funktionen hatten, aber sie waren etwas umständlich.
Bristol veranstaltete einen Tag der Zusammenarbeit mit Auftragnehmern, um die Einfachheit der Installation und des Hochladens von Anlageninformationen zu bewerten sowie mögliche Partnerschaften auszuloten. Als Schréder EXEDRA neu auf den Markt kam, erkannte Bristol die Chance, gemeinsam daran zu arbeiten und die Plattform an die eigenen Anforderungen anzupassen. Für Schréder ging es darum, die Stärken zu erkennen und sie zu ergänzen. Im Laufe des Projekts haben wir zudem neue Funktionen von Schréder EXEDRA entdeckt.
„Wir haben verstanden, was sie wollten … sie hatten ein gutes Team und stellten ihm die nötigen Ressourcen zur Verfügung“, berichtet Clare Thomas, Leiterin der Abteilung „Applications & Solutions“ bei Urbis Schréder. „Anstatt die Beleuchtung lediglich als eine technische Angelegenheit zu betrachten, haben sie verstanden, dass es sich dabei um eine Dienstleistung handelt.“ In der ersten Phase ging es darum, erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen. Die nächste Phase besteht darin, Bristol auf dem gewählten Weg zu unterstützen. Als Anbieter wirklich intelligenter Lösungen können alle von ihnen ausgewählten Anlagen, Sensoren oder Systeme mit dem CMS verbunden werden: Wir begleiten sie auf ihrem Weg zur Netto-Null-Bilanz.
Selbst wenn es aufgrund des raschen Rollouts zu Schwierigkeiten kam - sei es in Bezug auf Hardware, Kommunikation, Prozesse, Firmware oder die Aufdeckung bisher unbekannter Probleme mit der bestehenden Infrastruktur - war die Teamarbeit stets gewährleistet. „Es war eine ziemlich schwierige Zeit,“ erinnert sich Steve Thomas. „Aber ich war wirklich sehr zufrieden mit der Zusammenarbeit … und der Ehrlichkeit.“ Eine offene und klare Kommunikation war der Schlüssel zum Erfolg des Projekts. „Diese ehrlichen, offenen Gespräche sind absolut entscheidend, wenn man an einem so großen Projekt arbeitet, das sich mit solcher Geschwindigkeit entwickelt,“ fügt er hinzu.
Schnelligkeit ist entscheidend
Da zwischen der Vergabe des Auftrags und der ersten Inbetriebnahme nur fünf Wochen lagen, mussten sich die Teams rasch auf den Ablauf und die Zuständigkeiten einigen sowie darauf, wie Bristol den Erfolg messen würde. Bei einem ersten Treffen waren alle Beteiligten auf allen Ebenen anwesend - die Stadtverwaltung von Bristol, der Auftragnehmer Centregreat, Schréder und weitere Interessengruppen.
Die tatsächliche Bereitstellung verlief sogar noch schneller. Da rund 35.000 Laternen betroffen waren, mussten die Straßenlaternen in Bristol mit intelligenten Knotenpunkten ausgestattet werden, um eine Verbindung zu Schréder EXEDRA herzustellen. Bei 80 % davon entschied sich Bristol für den Einbau neuer Schréder-Laternen mit Zhaga-Befestigung. Die übrigen 20 % setzten sich aus Laternen anderer Hersteller sowie aus umfunktionierten vorhandenen LED-Laternen zusammen, die über die NEMA-Buchse angeschlossen wurden. Der Unterschied zwischen NEMA- und Zhaga-Knoten ist faszinierend; wenn Sie mehr über die verschiedenen Anschlussmöglichkeiten erfahren möchten, lesen Sie diesen Artikel.
„Tatsächlich waren wir bereits im Frühjahr vor Ort, um die Geräte zu installieren; der Zeitplan war von der Auftragsvergabe über die Beschaffung bis hin zur Lieferung und Installation wirklich sehr eng – es ging vor allem darum, diese Einsparungen zu erzielen,“ berichtet Steve Thomas. „Of bekamen wir zu hören, dass wir das in dieser Zeit nicht schaffen würden, aber wir haben wirklich alle an einem Strang gezogen und es geschafft, die Ausrüstung auszuliefern und zu installieren.“ Im Sommer war es geschafft.
Ein entscheidender Faktor dabei war die automatisierte Bereitstellung. Die Aktivierung der Knoten ist im Handumdrehen erledigt: Der Installateur scannt das RFID-Etikett am Knoten und verknüpft es mit der entsprechenden Spalte auf der Karte, um Schreder EXEDRA zu aktualisieren. Das „intelligente“ Element bestand darin, den Inbetriebnahmeprozess zu automatisieren und das Anlagenverwaltungssystem des Stadtrats von Bristol in Echtzeit zu aktualisieren, damit die versprochenen Energieeinsparungen fast sofort realisiert werden konnten. Dieser Prozess der automatischen Inbetriebnahme und Bestandserfassung spart sowohl dem Auftragnehmer Zeit, Geld und Aufwand als auch dem Endnutzer und dem Anlagenbesitzer Vertrauen in die Genauigkeit der Daten.
Seitdem die Laternen angeschlossen waren, waren die Zuverlässigkeitswerte unglaublich. Bristol berichtet, dass durchweg über 99 % der Anlagen Daten selbst melden und die Verbindungsraten hoch und zuverlässig sind. Das Dashboard sagt alles:
Zeit, Energie und Geld sparen
Nach einem Jahr Laufzeit hat das Projekt bereits zu einer Senkung der CO₂-Emissionen um 58 % geführt, wodurch jährlich rund 1,4 Millionen Pfund und 1.400 Tonnen CO₂ eingespart werden - das entspricht der Pflanzung von etwa 44.700 Bäumen. Die Stadtverwaltung erhielt Rückmeldungen von Bürgern, wonach sich die Beleuchtung verbessert habe, sowie einige wenige, die sie als zu hell empfinden - was sich über das CMS einstellen lässt, ohne dass die LED-Leuchten ausgetauscht werden müssen. Dank Schréder EXEDRA kann der BCC nun auch die Beleuchtung in ökologisch wichtigen Gebieten, wie beispielsweise Fledermauslebensräumen, steuern.
Einer der größten Vorteile für mich ist, dass wir dank des Systems tatsächlich wissen, wann es eine Störung bei unserer Straßenbeleuchtung gibt, noch bevor sich Bürger darüber beschweren. Jeden Morgen erstellen wir einen Bericht, der uns aufzeigt, wo im System Störungen vorliegen, und wir können unseren Wartungsdienstleister beauftragen, diese Straßenlaternen zu überprüfen, noch bevor ein Bürger sie meldet.
Ein weiterer Vorteil ist der Energiehandel, eine zentrale Anforderung an jedes CMS, doch der BCC wollte mehr. Ähnlich wie bei einem erweiterten intelligenten Stromzähler für Privathaushalte wollte die Stadt Bristol nur für die Energie bezahlen, die sie tatsächlich verbraucht. Sobald die intelligenten Knoten installiert sind, übermittelt jede Beleuchtungsanlage alle 30 Minuten Berichte über ihre Aktivität, einschließlich des Energieverbrauchs. Bristol ist die erste Gemeinde des Landes, die keine Kosten für Energie trägt, die sie nicht für die Beleuchtung verbraucht hat.
„Nun haben wir den Beweis, dass kein Strom verbraucht wurde, also sollten wir nicht dafür bezahlen,“ erläutert Shaun Taylor. „Wir sind eine der wenigen Gemeinden im Land, die nicht für Licht bezahlen, das gar nicht leuchtet.“
Einfachheit zählt
Der ursprüngliche Plan der Stadt Bristol zur Modernisierung ihrer Beleuchtung sah 70 verschiedene Laternenmodelle vor, für die jeweils mehrere Zeitpläne für das Einschalten und Dimmen vorgesehen waren. Nach eingehender Beratung haben wir uns für eine reduzierte Auswahl an Laternen entschieden, um den Lagerbestand zu minimieren und zu vermeiden, dass Laternen an falschen Stellen angebracht werden.
Wir haben eng mit Bristol zusammengearbeitet, um die Komplexität in die digitale Komponente, nämlich in Schréder EXEDRA, zu integrieren. Wir haben die Kalender im Rahmen des Bereitstellungsprozesses vorab geladen: Sie mussten lediglich den QR-Code auf dem Knoten scannen, der Rest lief dann automatisch ab. Die Daten werden noch am selben Tag hochgeladen; wenn sie also ihren Lagerbestand melden, könnten sie potenziell innerhalb von 24 Stunden von der Energieeinsparung profitieren.
Dank der Zusammenarbeit mit Bristol und der Bündelung unserer Fachkenntnisse im Bereich Beleuchtung haben wir die von Bristol vorgeschlagenen Beleuchtungselemente auf lediglich zehn funktionale und fünf dekorative Typen reduziert, wobei drei bestehende Laternenmodelle beibehalten wurden. Es gibt außerdem 38 verschiedene Fahrpläne, einschließlich Park-and-Ride-Standorten. Dies erforderte eine Planung vor der Installation und die digitale Anwendung der Daten auf das CMS. Sobald die Entwürfe jedoch umgesetzt sind, lassen sie sich endlos anpassen, um den sich wandelnden Anforderungen der Stadt gerecht zu werden.
Für Vorschläge offen
Eine der Prioritäten von Bristol war, dass das System offen und kompatibel sein sollte. Angesichts der Vielfalt der Laternen war die Einhaltung der TALQ-Vorschriften eine Grundvoraussetzung. Hinsichtlich ihrer ehrgeizigen Zukunftspläne wollte die Stadt sichergehen, dass wir sie auf ihrem Weg zur Smart City durch die Integration von Hardware und Software von Drittanbietern unterstützen können.
Wir haben Schréder EXEDRA als modulares System konzipiert, was für uns bedeutet, dass bestehende Beleuchtungs- und Steuerungskomponenten nahtlos in neu angeschaffte Komponenten und in Schréder EXEDRA selbst integriert werden können. Wir haben bereits die ersten Geräte zur Steuerung und Überwachung elektrischer Lasten installiert oder an Stellen, an denen kein Standardknoten in eine Laterne eingebaut werden kann. Bristol prüft derzeit die Möglichkeit, Sensoren für das Verkehrsmanagement einzusetzen, die sich problemlos in das von uns gemeinsam entwickelte System integrieren lassen.
„Man muss offen sein: Sobald man etwas vernetzt, wird man transparent, und diese Transparenz muss man akzeptieren,“ erklärt Thomas von Urbis Schréder. „Das ist zwar ein ziemlich beängstigender Gedanke, aber er fördert einen wirklich kooperativen Ansatz, der es Ihnen ermöglicht, gemeinsam mit dem Kunden als Teil eines Teams daran zu arbeiten, Lösungen zu finden und umzusetzen, die für alle Beteiligten im gesamten Projekt den größten Nutzen bringen“.
Erwartungen übertreffen, Zukunftsperspektiven neu denken
Nachdem Bristol eine Reduzierung der CO₂-Emissionen um 58 % erreicht hat, überlegt die Stadt nun, wie es weitergehen soll. Das Team von Taylor und Thomas testet derzeit KI-Sensoren, die den Verkehrsfluss, die Wetterbedingungen und andere Systeme überwachen können. Eine Möglichkeit wäre eine adaptive Beleuchtung für bestimmte Verkehrswege.
“Wir verfügen nun über ein flächendeckendes Netz in der ganzen Stadt, über das Daten an die Stadtverwaltung von Bristol übermittelt werden können,“ berichtet Steve Thomas. Angesichts des enormen Potenzials für weitere Vorteile macht sich das Team in Bristol Gedanken darüber, was die Zukunft bringen wird.
Welchen Weg sie auch einschlagen mögen, Schréder steht ihnen auf ihrem Weg zur Seite.