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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 StromzĂ€hler sind enorm vielfĂ€ltig und gehen weit ĂŒber 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 fĂŒr alle Anwendungen im Smart Market. Sie sind der entscheidende Anreiz bei der Laststeuerung. Aufgabe des Smart Meter: Mit einem intelligenten ZĂ€hler können zum einen deutlich mehr Tarife abgebildet werden als mit einem herkömmlichen Ferraris-ZĂ€hler. Doch nicht nur die Menge der Tarife ist entscheidend – immer wichtiger ist die FlexibilitĂ€t, mit der diese geĂ€ndert werden können. Nur so lĂ€sst sich der Stromverbrauch tatsĂ€chlich an den aktuellen Energiemengen ausrichten. Laut BSI soll eine flexible Änderung der Tarife zukĂŒnftig ĂŒber das Gateway möglich sein, so dass Smart Meter in Zukunft updatefĂ€hige Tarifmodelle bedienen.
  2. Visualisierung per Inhome Display, Internet oder App: Entscheidend fĂŒr den Erfolg dynamischer Tarifmodelle ist deren Visualisierung fĂŒr den Verbraucher. FĂŒr 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 ĂŒbertrĂ€gt den Verbrauch kurzzyklisch ĂŒber 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 ĂŒbertrĂ€gt der ZĂ€hler sie mit Hilfe eines Ethernet-Moduls via Breitband.
  3. Smart Home: Im so genannten intelligenten Haus werden die HaushaltsgerĂ€te und diverse Raumfunktionen in AbhĂ€ngigkeit von den Tarifpreisen automatisch gesteuert. HaushaltsgerĂ€te erkennen ĂŒber die Kommunikation mit dem Versorger, ob ausreichend Energie im Netz vorhanden und, ob der Strom und damit das Starten der GerĂ€te vergleichsweise gĂŒnstig ist. Neben HausgerĂ€ten sehen Zukunftsmodelle auch die Steuerung von Photovoltaikanlagen, WĂ€rmepumpen, Energiespeicher und Elektroautos vor. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter erfasst den rechnungsrelevanten Energiefluss. Diese Tarifierung ist Grundlage fĂŒr die Entscheidung, ob die GerĂ€te an- oder ausgeschaltet werden. Die Information wird vom Smart Meter an das Energiedaten-Gateway bzw. das Home Gateway weitergeleitet. Der Smart Meter kommuniziert dazu ĂŒber ein Interface zum Home Automation System und ĂŒbermittelt die Verbrauchsdaten sowie die entsprechend den Tarifen aufbereiteten Preise via Gateway. ZusĂ€tzlich ist eine Visualisierung der Daten entscheidend, damit der Nutzer versteht, warum seine WĂ€rmepumpe jetzt lĂ€uft oder nicht und von der Anwendung ĂŒberzeugt ist.
  4. Energieberater: Um die Potentiale eines Personal Energy Managements vollstĂ€ndig ausschöpfen zu können, bietet es sich fĂŒr den Verbraucher an, externe Dienstleister bzw. spezielle IT-Anwendungen heranzuziehen. Dieser Service ist vor allem fĂŒr Kunden, denen Energieversorger moderne StromzĂ€hler zur VerfĂŒgung stellen. Aufgabe des Smart Meter: Die ZĂ€hler ĂŒbermitteln 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 LastflĂŒsse regeln zu können, eignen sich so genannte virtuelle Kraftwerke. Dabei verbindet der Energiedienstleister mehrere unabhĂ€ngige Energieerzeuger und -nutzer so miteinander, dass er sie wie ein einziges Kraftwerk regeln kann. Eine andere Möglichkeit, LastflĂŒsse gebĂŒndelt abzurechnen und zu steuern sind so genannte Kettenkunden: DrogeriemĂ€rkte und Supermarktketten kaufen die Energie fĂŒr ihre Filialen zentral ein und erfassen ĂŒber 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 fĂŒr die Strommengen und Preise und verfĂŒgt ĂŒber ein GSM-Modul und z.B. entsprechende SteuerausgĂ€nge oder Bussysteme.
  6. SpannungsĂŒberwachung: Der massive Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen fĂŒhrt speziell in lĂ€ndlichen Verteilnetzen vermehrt zu Spannungshaltungsproblemen. Um die SpannungsqualitĂ€t und Netzauslastung im Netz zu ĂŒberwachen, benötigt der Netzbetreiber die Netzzustandsdaten – das sind u.a. LastflĂŒsse, Phasenwinkel, Spannung, Frequenz und Stromfluss. Aufgabe des Smart Meter: Netzzustandsdaten lassen sich mittels Smart Metern erheben. Gleichzeitig ermöglichen Smart Meter eine SchwellenwertĂŒberwachung, 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 fĂŒr 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 SpannungsqualitĂ€t messen und an die lokale Station weitergeben, die dann die Regelung vornimmt.
  8. Spannungsregulierung durch Blindleistungskompensation: Voraussetzung fĂŒr dieses Vorgehen sind blindleistungsfĂ€hige 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 ĂŒbertragen und die optimale Blindleistungskompensation fĂŒr die einzelnen Anschlusspunkte errechnet.
  9. Lastflussanalyse: Die Messung des Lastflusses gibt Auskunft darĂŒber, 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. ĂŒber 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 erfĂŒllt. Aufgabe des ZĂ€hlers: Bei Anlagen von einer GrĂ¶ĂŸe von ĂŒber 100 kW bedarf es eines ZĂ€hlers, da die Übertragung der Einspeiseleistung gefordert wird. Der ZĂ€hler misst den Lastfluss und ĂŒbertrĂ€gt ihn an den Netzbetreiber – dieser kann ĂŒber entsprechenden Signale die Last an- und abschalten. Zur Schaltung werden heute hĂ€ufig RundsteuerempfĂ€nger verwendet. Es ist aber wirtschaftlich optimaler den Kommunikationsweg der ZĂ€hlerauslesung auch fĂŒr die Übermittlung der Schaltbefehle zu verwenden, wie es bspw. bei den heutigen Lastschaltboxen gemacht wird. ZukĂŒnftig werden die Schaltbefehle ĂŒber das Gateway nach Schutzprofil ĂŒbermittelt.

Fazit: Smart Meter ĂŒbernehmen entscheidende Aufgaben bei der Neugestaltung der Energieversorgung. Bei den Anforderungen, die dabei gestellt werden handelt es sich um Routinefunktionen, die von intelligenten ZĂ€hlern bereits heute erfĂŒllt werden. Lediglich die Vorgaben durch die Technische Richtlinie mĂŒssen noch technisch im ZĂ€hler umgesetzt werden. Erste Prototypen werden 2014 erwartet.
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Autor: Dr. Peter Heuell, GeschĂ€ftsfĂŒhrer Landis+Gyr Deutschland.
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