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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 m√∂glichen Anwendungen im Smart Market und Smart Grid zeigt: Die Einsatzbereiche intelligenter Stromz√§hler sind enorm vielf√§ltig und gehen weit √ľber die Ermittlung von Stromfressern im Privathaushalt hinaus. Im Folgenden eine √úbersicht der wichtigsten Einsatzbereiche von Smart Metern in der Energiewelt von morgen.
  1. Variable Tarife: Zeit- und Lastvariable Tarife sind die Grundlage f√ľr alle Anwendungen im Smart Market. Sie sind der entscheidende Anreiz bei der Laststeuerung. Aufgabe des Smart Meter: Mit einem intelligenten Z√§hler k√∂nnen zum einen deutlich mehr Tarife abgebildet werden als mit einem herk√∂mmlichen Ferraris-Z√§hler. Doch nicht nur die Menge der Tarife ist entscheidend ‚Äď immer wichtiger ist die Flexibilit√§t, mit der diese ge√§ndert werden k√∂nnen. Nur so l√§sst sich der Stromverbrauch tats√§chlich an den aktuellen Energiemengen ausrichten. Laut BSI soll eine flexible √Ąnderung der Tarife zuk√ľnftig √ľber das Gateway m√∂glich sein, so dass Smart Meter in Zukunft updatef√§hige Tarifmodelle bedienen.
  2. Visualisierung per Inhome Display, Internet oder App: Entscheidend f√ľr den Erfolg dynamischer Tarifmodelle ist deren Visualisierung f√ľr den Verbraucher. F√ľr das Senken des Energieverbrauchs gilt dies ebenso. M√∂glichkeiten der Visualisierung sind Inhome-Displays, das Internet oder auch spezielle Apps. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter √ľbertr√§gt den Verbrauch kurzzyklisch √ľber 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 Aufl√∂sung und in Echtzeit im Internet oder per Mobilfunk bereitgestellt √ľbertr√§gt der Z√§hler sie mit Hilfe eines Ethernet-Moduls via Breitband.
  3. Smart Home: Im so genannten intelligenten Haus werden die Haushaltsger√§te und diverse Raumfunktionen in Abh√§ngigkeit von den Tarifpreisen automatisch gesteuert. Haushaltsger√§te erkennen √ľber die Kommunikation mit dem Versorger, ob ausreichend Energie im Netz vorhanden und, ob der Strom und damit das Starten der Ger√§te vergleichsweise g√ľnstig ist. Neben Hausger√§ten sehen Zukunftsmodelle auch die Steuerung von Photovoltaikanlagen, W√§rmepumpen, Energiespeicher und Elektroautos vor. Aufgabe des Smart Meter: Der Smart Meter erfasst den rechnungsrelevanten Energiefluss. Diese Tarifierung ist Grundlage f√ľr die Entscheidung, ob die Ger√§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 √ľber ein Interface zum Home Automation System und √ľbermittelt die Verbrauchsdaten sowie die entsprechend den Tarifen aufbereiteten Preise via Gateway. Zus√§tzlich ist eine Visualisierung der Daten entscheidend, damit der Nutzer versteht, warum seine W√§rmepumpe jetzt l√§uft oder nicht und von der Anwendung √ľberzeugt ist.
  4. Energieberater: Um die Potentiale eines Personal Energy Managements vollst√§ndig aussch√∂pfen zu k√∂nnen, bietet es sich f√ľr den Verbraucher an, externe Dienstleister bzw. spezielle IT-Anwendungen heranzuziehen. Dieser Service ist vor allem f√ľr Kunden, denen Energieversorger moderne Stromz√§hler zur Verf√ľgung stellen. Aufgabe des Smart Meter: Die Z√§hler √ľbermitteln ihre Daten entsprechend der datenschutzrechtlichen Vorgaben und der vorherigen schriftlichen Zustimmung durch den Letztverbraucher direkt an das System.
  5. Virtuelle Kraftwerke: Um sehr gro√üe Energiemengen variabel ab- und zuschalten und so Lastfl√ľsse regeln zu k√∂nnen, eignen sich so genannte virtuelle Kraftwerke. Dabei verbindet der Energiedienstleister mehrere unabh√§ngige Energieerzeuger und -nutzer so miteinander, dass er sie wie ein einziges Kraftwerk regeln kann. Eine andere M√∂glichkeit, Lastfl√ľsse geb√ľndelt abzurechnen und zu steuern sind so genannte Kettenkunden: Drogeriem√§rkte und Supermarktketten kaufen die Energie f√ľr ihre Filialen zentral ein und erfassen √ľber Fernablesesysteme den Verbrauch zentral. Aufgabe des Smart Meter: Virtuelle Kraftwerke und Kettenkunden ben√∂tigen den Smart Meter zur Messung und Weiterleitung des Lastprofils. Er dient als Messelement f√ľr die Strommengen und Preise und verf√ľgt √ľber ein GSM-Modul und z.B. entsprechende Steuerausg√§nge oder Bussysteme.
  6. Spannungs√ľberwachung: Der massive Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen f√ľhrt speziell in l√§ndlichen Verteilnetzen vermehrt zu Spannungshaltungsproblemen. Um die Spannungsqualit√§t und Netzauslastung im Netz zu √ľberwachen, ben√∂tigt der Netzbetreiber die Netzzustandsdaten ‚Äď das sind u.a. Lastfl√ľsse, Phasenwinkel, Spannung, Frequenz und Stromfluss. Aufgabe des Smart Meter: Netzzustandsdaten lassen sich mittels Smart Metern erheben. Gleichzeitig erm√∂glichen Smart Meter eine Schwellenwert√ľberwachung, so dass ab einem bestimmten Spannungsabfall oder im Falle von √úberspannung Alarm ausgel√∂st wird. Auf diese Weise kann ein Spannungsproblem direkt erkannt und behoben werden.
  7. Spannungsregulierung mit Ortsnetztrafo: Ein wichtiges Instrument f√ľr die Spannungsregelung im Niederspannungsnetz ist der regelbare Ortsnetztransformator. Er regelt die Spannung am √úbergang von Mittelspannungs- und Niederspannungsnetz stufenweise auf den Soll-Wert hoch oder herunter. Aufgabe des Smart Meter: Die Spannungsqualit√§t messen und an die lokale Station weitergeben, die dann die Regelung vornimmt.
  8. Spannungsregulierung durch Blindleistungskompensation: Voraussetzung f√ľr dieses Vorgehen sind blindleistungsf√§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 √ľbertragen und die optimale Blindleistungskompensation f√ľr die einzelnen Anschlusspunkte errechnet.
  9. Lastflussanalyse: Die Messung des Lastflusses gibt Auskunft dar√ľber, 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. M√∂glich ist dies z.B. √ľber das Abregeln von PV-Anlagen, wie es in der EEG 2012 gefordert wird. Die Schaltvorgaben werden zwar heute noch durch den √úbertragungsnetzbetreiber angewiesen. Die technischen Voraussetzungen sind allerdings bereits alle erf√ľllt. Aufgabe des Z√§hlers: Bei Anlagen von einer Gr√∂√üe von √ľber 100 kW bedarf es eines Z√§hlers, da die √úbertragung der Einspeiseleistung gefordert wird. Der Z√§hler misst den Lastfluss und √ľbertr√§gt ihn an den Netzbetreiber ‚Äď dieser kann √ľber entsprechenden Signale die Last an- und abschalten. Zur Schaltung werden heute h√§ufig Rundsteuerempf√§nger verwendet. Es ist aber wirtschaftlich optimaler den Kommunikationsweg der Z√§hlerauslesung auch f√ľr die √úbermittlung der Schaltbefehle zu verwenden, wie es bspw. bei den heutigen Lastschaltboxen gemacht wird. Zuk√ľnftig werden die Schaltbefehle √ľber das Gateway nach Schutzprofil √ľbermittelt.
Fazit: Smart Meter √ľbernehmen entscheidende Aufgaben bei der Neugestaltung der Energieversorgung. Bei den Anforderungen, die dabei gestellt werden handelt es sich um Routinefunktionen, die von intelligenten Z√§hlern bereits heute erf√ľllt werden. Lediglich die Vorgaben durch die Technische Richtlinie m√ľssen noch technisch im Z√§hler umgesetzt werden. Erste Prototypen werden 2014 erwartet. ----- Autor: Dr. Peter Heuell, Gesch√§ftsf√ľhrer Landis+Gyr Deutschland.
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