Intelligente Stadt der Zukunft

Smart Cities Never Sleep

Smart Cities sollen intelligent sein, durch und durch vernetzt sowie hochsicher. Doch momentan fehlt es weithin an adäquaten Infrastrukturen, allgemeingültigen Standards sowie vor allem am nötigen Kleingeld aus den notorisch klammen städtischen Kassen.

  • „Smarte Städte zeichnen sich durch besondere Entwicklungen, wie ökologische Bauprojekte, sowie die Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) aus, um Prozesse stetig zu verbessern“, betont Prof. Dr. Ina Schieferdecker, Koordinatorin IKT für Smarte Städte bei Fraunhofer Fokus.

  • Auf dem Forschungscampus des Europäischen Energieforums (Euref) in Berlin werden Energiekonzepte und Mobilitätsdiente für die Stadt der Zukunft gezeigt.

  • Seit Ende 2011 erprobt das InnoZ in Berlin gemeinsam mit Partnern die intelligente Verknüpfung zwischen regenerativer Erzeugung, Verbrauch sowie stationärer und mobiler Puffer in Form eines Micro Smart Grid (MSG).

Studien zufolge sollen im Jahr 2050 rund neun Milliarden Menschen auf der Erde leben, 70 Prozent davon in Städten oder Ballungsgebieten. Auch Deutschland wird von dieser Entwicklung nicht verschont bleiben, weshalb Politiker, Verbände, IT-Anbieter und Behörden sich schon heute mit den damit verbundenen Herausforderungen an Verkehrsinfrastrukturen, Energie- und Wasserversorgung, Gesundheitswesen oder Sicherheit beschäftigen.

In Fachkreisen fällt dabei häufig der Begriff der „Smart City“. Kurz gefasst handelt es sich hierbei um die Wunschvorstellung der intelligenten, vernetzten Stadt der Zukunft. Allerdings gibt es nicht die eine idealtypische Metropole, vielmehr sollte man Smart Cities als Prozess ansehen. „In einer smarten Stadt geht es um die Erhöhung der Lebens- und Arbeitsqualität sowie eine effektive Nutzung der Ressourcen durch die kontinuierliche Beobachtung, Analyse und Optimierung der Abläufe“, betont Prof. Dr. Ina Schieferdecker, Koordinatorin IKT für smarte Städte bei Fraunhofer Fokus. Laut Schieferdecker bezeichnen sich verschiedene Städte wie Aarhus, Amsterdam, Berlin, Dubai, London, Lyon, Málaga, Malta, Santander, Southampton oder Yokohama bereits als smarte Stadt. Damit meinen sie einerseits besondere Stadtentwicklungen, wie ökologische Bauprojekte, sowie andererseits die Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT), um urbane Prozesse stetig zu verbessern. Zudem verweist Schieferdecker darauf, dass „wir uns in Deutschland bei den Smart-Cities-Projekten eher auf die Weiterentwicklung und Modernisierung des Bestands konzentrieren müssen, als Reißbrettstädte auf dem grünen Feld zu entwickeln.“ Denn 80 Prozent der urbanen Infrastrukturen für 2050 sei bereits gebaut. Einen weiteren Aspekt beleuchtet Dr. Bernd Reifenhäuser, Mitglied des Bundesverbands Smart City e.V. und als Präsident des GIP Research Instituts u.a. für den Bereich Innovationsmanagement zuständig: Für Deutschland sei eine stark auf Metropolregionen aufbauende Siedlungsstruktur charakteristisch. Demnach könne eine Smart City hierzulande nicht als autonome Zelle verstanden werden, vielmehr füge sie sich als ein digitales Steuerungszentrum in Ballungsgebiete ein. „Um dieser Struktur gerecht zu werden, müssen die einzelnen Smart Cities digital mit anderen Städten verbunden sein – beispielsweise im Rhein-Main-Gebiet“, betont Reifenhäuser.

Potentielle Sicherheitslücken schliessen

Die technischen Merkmale der Stadt von morgen sind schnell aufgezählt: So sind Smartphones und Tablets als bevorzugte Endgeräte für die mobile Kommunikation und Information prädestiniert für die Interaktion mit den Bürgern und anderen Endanwendern. „Gleichsam werden Autos, Straßenlaternen, Verkehrsleitanlagen und andere urbane Infrastrukturen Teil des Kommunikationsnetzes“, so Ina Schieferdecker. Dies sei ein wesentliches Merkmal für die IKT-Durchdringung in einer Stadt der Zukunft. Dabei würden Sensorik, Kommunikation sowie Anwendungen auf M2M-Technologien, Konzepte des Internets der Dinge sowie einer intelligenten Datenanalyse basieren.

Mit zunehmender Digitalisierung sowie Vernetzung steigen jedoch bekanntlich auch die Sicherheitsgefahren. In der intelligenten Stadt von morgen wird die Grundversorgung der Einwohner per IT und Kommunikationstechnologien gesteuert, was Cyberkriminellen vielversprechende Angriffsziele eröffnet. So mag man sich kaum vorstellen, was passiert, wenn Hacker die Strom- und Wasserversorgung einer Stadt lahmlegen oder den öffentlichen Verkehr zusammenbrechen lassen. Daher fordert Bernd Reifenhäuser eine dezentrale Steuerung kritischer Infrastrukturen, um damit deren Ausfallsicherheit zu erhöhen. Denn damit würden im Falle von Sicherheitslücken die Angriffsflächen deutlich verkleinert.

Doch damit nicht genug, müssen neben dem Schutz der Infrastrukturen auch die Grundrechte der Bevölkerung in Smart Cities gewahrt bleiben – Stichwort Privatsphäre. „Denn bei einer vollständigen Vernetzung und Automatisierung besteht grundsätzlich eine Gefahr für den persönlichen Datenschutz“, warnt Bernd Reifenhäuser. „Große Datenknoten besitzen hier eine Informationsmacht und werden gerade in einer Smart City aufgrund ihrer Steuerungsaufgaben zur überlebenskritischen Infrastruktur“, so Reifenhäuser weiter.

Urbane Zukunftsinitiativen

Führt man sich den aktuellen Alltag in Deutschlands Metropolen vor Augen, denkt man oft an kilometerlange Staus im Berufsverkehr, endlose Wartezeiten für öffentliche Verkehrsmittel oder insbesondere am Wochenende überquellende Mülleimer in den Innenstädten. Nicht zuletzt aufgrund solcher Erfahrungen scheint der Weg zur intelligenten Stadt hierzulande noch recht weit zu sein. Doch bangemachen gilt nicht, gibt es doch bundesweit bereits mehrere Initiativen, die sich das Thema auf die Fahne geschrieben haben. Beispielsweise das Zentrum für Smart Cities des Fraunhoferinstituts für offene Kommunikationssysteme, kurz Fokus, das sich auf Informations- und Kommunikationstechnologien für smarte Städte spezialisiert hat. Das Zentrum bietet verschiedene Forschungs- und Entwicklungsleistungen für Hersteller, Anbieter sowie Verwaltungen und Institutionen des städtischen Managements. Im Rahmen von Studien, Projekten, Piloten oder Workshops will man dabei anwendungsorientierte sowie interdisziplinäre Lösungen erarbeiten. Hinsichtlich der Themen sind keine Grenzen gesetzt, so beschäftigt man sich neben den klassischen Bereichen wie Energie, Verkehr und mobile Services auch mit der intelligenten Organisation von Großveranstaltungen oder eigens entwickelten Applikationen wie Fix My Stadt, die einen direkten, schnellen und einfachen Kontakt zur Stadtverwaltung herstellen sollen.

Auch das Innovationszentrum für Mobilität und gesellschaftlichen Wandel (InnoZ) erweist sich als äußerst umtriebig, wenn es um die Gestaltung der Stadt der Zukunft geht. So hat man auf dem Forschungscampus des Europäischen Energieforums (Euref) in Berlin ein „Living Lab für vernetzte Energie und Mobilität“ eingerichtet. Getestet wird dort etwa der Betrieb eines „Smart Micro Grid“, eines intelligenten Ministromnetzes zur urbanen Energieversorgung. Ein Pluspunkt: Elektroautos werden dabei zu dezentralen Speichern von Energie aus Wind und Sonne und entlasten so die Stromnetze. Eine weitere Aktion stellen Mobilitätskarten dar: Sie sollen als Bahn- und Busfahrschein, Stadtradticket sowie Carsharing-Mitgliedskarte für Hybrid- und Elektroautos dienen.

Überdies wird derzeit von der „Nationalen Plattform Zukunftsstadt“ eine Forschungs- und Innovationsagenda für Deutschland erarbeitet, die Ende September vorgestellt werden soll. Der Hintergrund: „Gerade für die in einer smarten Stadt notwendigen IKT sind Referenzarchitekturen, -technologien und -standards nötig, um die Stadt der Zukunft effizient und großflächig umsetzen zu können“, meint Ina Schieferdecker. So ergeben z.B. mobilitätsoptimierende multimodale Angebote für Berlin nur im Verbund mit Brandenburg einen Sinn. Nicht zuletzt hebt Bernd Reifenhäuser die Initiative von Wolfgang Neldner, Chef von „Berlin Energie“, hervor: „Die Konzepte von Berlin Energie sind außerordentlich vielversprechend. Der Ansatz, als integrierter Kombinetzbetreiber für Energie und Gas in Kooperation mit einem Telekommunikationsanbieter ganzheitliche Lösungen für den Bürger anzubieten, schafft eine solide Grundlage für die nachhaltige Entwicklung einer Smart City.“ Das Konzept beinhaltet laut Reifenhäuser u.a. die Idee von Stromhydranten, um etwa Baumaschinen direkt mit Energie zu versorgen.

Der Hamburger Hafen wird intelligent

Neben Wirtschaftsinitiativen haben auch die Städte selbst die Zeichen der Zeit erkannt und bemühen sich um die Umsetzung zukunftsfähiger Konzepte. Ende April dieses Jahres gab etwa die Stadt Hamburg, in Form von Bürgermeister Olaf Scholz und Wirtschaftssenator Frank Horch, eine offizielle Technologiepartnerschaft mit Cisco bekannt. Beide Seiten wollen damit den Grundstein für die künftige Entwicklung der Hansestadt hin zu einer Smarter City legen. Beschlossen wurde dazu ein „Smart City Memorandum of Understanding (MoU)“, das die Bildung von Pilotprojekten mit den Schwerpunkten Verkehr, intelligente Steuerung von Straßenbeleuchtungen, Bürgerdienstleistungen, Hafen sowie Hafen City vorsieht. Verschiedene Technologiepartner haben sich bereits dazu bereit erklärt, an den ersten Pilotprojekten mitzuwirken, z.B. AGT International, Avodaq, Innotec Data, Philips, Streetline, T-Systems oder Worldsensing. In diesem Zusammenhang hat sich auch die Hamburg Port Authority (HPA) seit längerem zum Ziel gesetzt, den Hamburger Hafen in den nächsten Jahren zu einem Smart Port zu entwickeln. „Smart“ steht dabei für den intelligenten Informationsaustausch, um die Qualität und die Effizienz des Hafens als wichtigen Teil der Lieferkette zu erhöhen. Denn je feinmaschiger und enger vernetzt das Nervensystem des Hafens ist, desto schneller kann es potentielle Störungen aufspüren und Informationen darüber weiterleiten (siehe MOBILE BUSINESS, Ausgabe 3/2014, S. 24 ff). Dies gelte im nächsten Schritt auch für die Steuerung komplexer Verkehrsabläufe in der gesamten Stadt.

Im Umfeld des Hafens soll eine intelligente Stellplatzsteuerung für LKW und Auflader entwickelt werden, um die Verkehrs- und Parksituation zu verbessern. Dies wird flankiert durch eine integrierte Steuerung von Verkehrsströmen und Infrastrukturverwaltung zur Erfassung und Verwendung von Echtzeit-Straßenverkehrsinfos. Dies soll dabei helfen, Staus zu vermeiden und potentielle Zwischenfälle zu erkennen. Neben der optimierten Steuerung der Straßenbeleuchtung steht auch das Erfassen und Bewerten von Immissionsdaten auf dem Plan, um etwa bessere Vorhersagen von Lärm, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder -verschmutzung zu liefern. Schließlich werden wichtige Hafeneinrichtungen überwacht, um einen sicheren und effizienten Ablauf zu gewährleisten. Erste konkrete Projekte über die Hafeninitiative hinaus seien mit dem Technologiepartner Cisco schon fest gezurrt. So plant man eine intelligente Steuerung von Straßenbeleuchtung und Lichtsignalanlagen, die verbesserte Erfassung und Steuerung von Verkehrsströmen sowie einen virtuellen Bürgerkiosk, der Bürgerservice mittels Videoverbindungen ermöglichen soll.

Die Kölner Klimastrategie

Nicht nur im hohen Norden, sondern auch in der Rheinmetropole Köln beschäftigt man sich mit zukunftsweisenden Technologien. So stellt „Smart City Cologne“ eine Plattform für unterschiedliche Projekte zum Klimaschutz und zur Energiewende dar. In deren Rahmen etablierten die Verantwortlichen bereits im April 2013 im Kölner Stadtteil Nippes ein Teilstück der Neusser Straße zur „Kölner Klimastraße“. Im Mittelpunkt steht dabei die Umsetzung intelligenter Energie- und Mobilitätskonzepte. Dabei wurden bis Ende Januar 2014 entlang der Klimastraße die Straßenbeleuchtung gegen moderne LED-Straßenlaternen ausgetauscht, wovon man sich eine Senkung des Energieverbrauchs von rund 50 Prozent sowie eine Reduzierung von ca. 5,4 Tonnen CO2 verspricht.

Neben der Etablierung von Ladestationen für Elektroautos (TankE) gestaltete man auch das Nippeser Bezirksrathaus energieeffizienter. In Kooperation mit dem Versorgungsunternehmen Rhein-
energie installierten Kölner Firmen verschiedene Mess-, Steuerungs- und Beleuchtungstechnik, um den Stromverbrauch des Rathauses zu minimieren. Effiziente Leuchtmittel sollen ebenso dazu beitragen wie die bedarfsgerechte Steuerung und Nutzung verschiedener Stromverbraucher. Darüber hinaus zeichnet die moderne Messtechnik den Stromverbrauch kontinuierlich und sekundengenau auf. Anhand dieser Daten soll sich genau bestimmen lassen, wo und zu welcher Zeit wie viel Energie verbraucht wird. Die so ermittelten Verbrauchsspitzen nutzen Experten der Rheinenergie, um die Mitarbeiter des Bezirksrathauses zu schulen. Ziel ist es, die vorhandenen Ressourcen so effizient wie möglich einzusetzen, unnötigen Verbrauch zu vermeiden und etwa Lampen und Computer nur einzuschalten, wenn sie tatsächlich benötigt werden.

 

Bildquelle: Thinkstock/ iStock

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