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© Landis+Gyr Elektronikproduktion | 04 Februar 2013

Smart Meter - Aufgaben im Smart Market und Smart Grid

Smart Meter bilden als Kommunikationsschnittstelle eine entscheidende Grundlage bei der Integration volatiler Energien in das Stromnetz.
Ein genauer Blick auf die möglichen Anwendungen im Smart Market und Smart Grid zeigt: Die Einsatzbereiche intelligenter Stromzähler sind enorm vielfältig und gehen weit über die Ermittlung von Stromfressern im Privathaushalt hinaus.

Im Folgenden eine Übersicht der wichtigsten Einsatzbereiche von Smart Metern in der Energiewelt von morgen.
  1. Variable Tarife: Zeit- und Lastvariable Tarife sind die Grundlage für alle Anwendungen im Smart Market. Sie sind der entscheidende Anreiz bei der Laststeuerung. Aufgabe des Smart Meter: Mit einem intelligenten Zähler können zum einen deutlich mehr Tarife abgebildet werden als mit einem herkömmlichen Ferraris-Zähler. Doch nicht nur die Menge der Tarife ist entscheidend – immer wichtiger ist die Flexibilität, mit der diese geändert werden können. Nur so lässt sich der Stromverbrauch tatsächlich an den aktuellen Energiemengen ausrichten. Laut BSI soll eine flexible Änderung der Tarife zukünftig über das Gateway möglich sein, so dass Smart Meter in Zukunft updatefähige Tarifmodelle bedienen.
  2. Visualisierung per Inhome Display, Internet oder App: Entscheidend für den Erfolg dynamischer Tarifmodelle ist deren Visualisierung für den Verbraucher. Für das Senken des Energieverbrauchs gilt dies ebenso. Möglichkeiten der Visualisierung sind Inhome-Displays, das Internet oder auch spezielle Apps. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter überträgt den Verbrauch kurzzyklisch über einen entsprechenden Kommunikationskanal, per DSL oder Mobilfunk zum In-home-Display. Er berechnet die aktuellen Verbrauchskosten anhand des aktuellen Tarifs. Werden die Daten mit hoher Auflösung und in Echtzeit im Internet oder per Mobilfunk bereitgestellt überträgt der Zähler sie mit Hilfe eines Ethernet-Moduls via Breitband.
  3. Smart Home: Im so genannten intelligenten Haus werden die Haushaltsgeräte und diverse Raumfunktionen in Abhängigkeit von den Tarifpreisen automatisch gesteuert. Haushaltsgeräte erkennen über die Kommunikation mit dem Versorger, ob ausreichend Energie im Netz vorhanden und, ob der Strom und damit das Starten der Geräte vergleichsweise günstig ist. Neben Hausgeräten sehen Zukunftsmodelle auch die Steuerung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Energiespeicher und Elektroautos vor. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter erfasst den rechnungsrelevanten Energiefluss. Diese Tarifierung ist Grundlage für die Entscheidung, ob die Geräte an- oder ausgeschaltet werden. Die Information wird vom Smart Meter an das Energiedaten-Gateway bzw. das Home Gateway weitergeleitet. Der Smart Meter kommuniziert dazu über ein Interface zum Home Automation System und übermittelt die Verbrauchsdaten sowie die entsprechend den Tarifen aufbereiteten Preise via Gateway. Zusätzlich ist eine Visualisierung der Daten entscheidend, damit der Nutzer versteht, warum seine Wärmepumpe jetzt läuft oder nicht und von der Anwendung überzeugt ist.
  4. Energieberater: Um die Potentiale eines Personal Energy Managements vollständig ausschöpfen zu können, bietet es sich für den Verbraucher an, externe Dienstleister bzw. spezielle IT-Anwendungen heranzuziehen. Dieser Service ist vor allem für Kunden, denen Energieversorger moderne Stromzähler zur Verfügung stellen. Aufgabe des Smart Meter: Die Zähler übermitteln ihre Daten entsprechend der datenschutzrechtlichen Vorgaben und der vorherigen schriftlichen Zustimmung durch den Letztverbraucher direkt an das System.
  5. Virtuelle Kraftwerke: Um sehr große Energiemengen variabel ab- und zuschalten und so Lastflüsse regeln zu können, eignen sich so genannte virtuelle Kraftwerke. Dabei verbindet der Energiedienstleister mehrere unabhängige Energieerzeuger und -nutzer so miteinander, dass er sie wie ein einziges Kraftwerk regeln kann. Eine andere Möglichkeit, Lastflüsse gebündelt abzurechnen und zu steuern sind so genannte Kettenkunden: Drogeriemärkte und Supermarktketten kaufen die Energie für ihre Filialen zentral ein und erfassen über Fernablesesysteme den Verbrauch zentral. Aufgabe des Smart Meter: Virtuelle Kraftwerke und Kettenkunden benötigen den Smart Meter zur Messung und Weiterleitung des Lastprofils. Er dient als Messelement für die Strommengen und Preise und verfügt über ein GSM-Modul und z.B. entsprechende Steuerausgänge oder Bussysteme.
  6. Spannungsüberwachung: Der massive Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen führt speziell in ländlichen Verteilnetzen vermehrt zu Spannungshaltungsproblemen. Um die Spannungsqualität und Netzauslastung im Netz zu überwachen, benötigt der Netzbetreiber die Netzzustandsdaten – das sind u.a. Lastflüsse, Phasenwinkel, Spannung, Frequenz und Stromfluss. Aufgabe des Smart Meter: Netzzustandsdaten lassen sich mittels Smart Metern erheben. Gleichzeitig ermöglichen Smart Meter eine Schwellenwertüberwachung, so dass ab einem bestimmten Spannungsabfall oder im Falle von Überspannung Alarm ausgelöst wird. Auf diese Weise kann ein Spannungsproblem direkt erkannt und behoben werden.
  7. Spannungsregulierung mit Ortsnetztrafo: Ein wichtiges Instrument für die Spannungsregelung im Niederspannungsnetz ist der regelbare Ortsnetztransformator. Er regelt die Spannung am Übergang von Mittelspannungs- und Niederspannungsnetz stufenweise auf den Soll-Wert hoch oder herunter. Aufgabe des Smart Meter: Die Spannungsqualität messen und an die lokale Station weitergeben, die dann die Regelung vornimmt.
  8. Spannungsregulierung durch Blindleistungskompensation: Voraussetzung für dieses Vorgehen sind blindleistungsfähige Wechselrichter in den betroffenen Netzsegmenten. Aufgabe an Smart Meter: Wirkleistung sowie die Blindleistung direkt bzw. den Phasenwinkel (cos phi) messen. Diese Daten werden entweder in die Zentrale oder den Ortsnetztrafo übertragen und die optimale Blindleistungskompensation für die einzelnen Anschlusspunkte errechnet.
  9. Lastflussanalyse: Die Messung des Lastflusses gibt Auskunft darüber, wie hoch die Wirkleistung im Netz ist, wie stark das Netz ausgelastet ist, wie hoch die Spitzenleistung ist und ob das Netzwerk richtig dimensioniert ist. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter liefert durch die Messung des Lastprofils, der Wirkleistung und der Netzzustandsdaten Antworten auf diese Fragen.
  10. Lastflussregulierung: Der Verteilnetzbetreiber kann z.B. EEG-Anlagen schalten, wenn zuviel Strom produziert wird. Möglich ist dies z.B. über das Abregeln von PV-Anlagen, wie es in der EEG 2012 gefordert wird. Die Schaltvorgaben werden zwar heute noch durch den Übertragungsnetzbetreiber angewiesen. Die technischen Voraussetzungen sind allerdings bereits alle erfüllt. Aufgabe des Zählers: Bei Anlagen von einer Größe von über 100 kW bedarf es eines Zählers, da die Übertragung der Einspeiseleistung gefordert wird. Der Zähler misst den Lastfluss und überträgt ihn an den Netzbetreiber – dieser kann über entsprechenden Signale die Last an- und abschalten. Zur Schaltung werden heute häufig Rundsteuerempfänger verwendet. Es ist aber wirtschaftlich optimaler den Kommunikationsweg der Zählerauslesung auch für die Übermittlung der Schaltbefehle zu verwenden, wie es bspw. bei den heutigen Lastschaltboxen gemacht wird. Zukünftig werden die Schaltbefehle über das Gateway nach Schutzprofil übermittelt.

Fazit: Smart Meter übernehmen entscheidende Aufgaben bei der Neugestaltung der Energieversorgung. Bei den Anforderungen, die dabei gestellt werden handelt es sich um Routinefunktionen, die von intelligenten Zählern bereits heute erfüllt werden. Lediglich die Vorgaben durch die Technische Richtlinie müssen noch technisch im Zähler umgesetzt werden. Erste Prototypen werden 2014 erwartet.
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Autor: Dr. Peter Heuell, Geschäftsführer Landis+Gyr Deutschland.

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