Smart Meter: Aufgaben im Smart Market und Smart Grid

Prozess- & Energieautomation
01  Die Visualisierung des
Energieverbrauchs schafft die
Akzeptanz und das Interesse
beim Verbraucher für Energie­
sparmaßnahmen
Smart Meter:
Aufgaben im Smart Market
und Smart Grid
Smart Meter bilden als Kommunikationsschnittstelle eine Grundlage bei der
Integration volatiler Energien in das Stromnetz. Ein genauer Blick auf die mög­
lichen Anwendungen im Smart Market und Smart Grid zeigt: Die Einsatzbereiche
intelligenter Stromzähler sind vielfältig und gehen weit über die Ermittlung von
„Stromfressern“ im Privathaushalt hinaus.
Text: Peter Heuell
und lastvariable Tarife sind die Grundlage für alle
Anwendungen im Smart Market. Sie sind der entscheiZdendeeitAnreiz bei der Laststeuerung. Mit einem intelligen-
ten Zähler, dem Smart Meter [1], können zum einen 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 aus-
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richten. Laut BSI [2] soll eine flexible Änderung der Tarife
zukünftig über das Gateway möglich sein, sodass Smart
­Meter updatefähige Tarifmodelle bedienen.
Entscheidend für den Erfolg dynamischer Tarifmodelle
ist deren Visualisierung für den Verbraucher (Bild 1). Für das
Senken des Energieverbrauchs gilt dies ebenso. Möglichkeiten der Visualisierung sind In-home-Displays, das Inter­net
oder auch spezielle Apps. Der Smart Meter (Bild 2) überträgt ­dabei den Verbrauch kurzzyklisch über einen entspre-
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chenden Kommunikationskanal, per
DSL oder Mobilfunk zum In-home-­
Display. Er berechnet die aktuellen
Verbrauchskosten anhand des aktuellen Tarifs. Werden die D
­ aten mit
hoher Auflösung und in Echtzeit im
Internet oder per Mobilfunk bereitgestellt, überträgt der Zähler sie mithilfe
eines Ethernet-Moduls via Breitband.
Automatische Steuerung
im Smart Home
Im sogenannten 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.
Der Smart Meter erfasst in diesem
Szenario 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 HomeAutomation-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.
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 geeignet, denen
Energieversorger moderne Stromzähler zur Verfügung stellen. Die Zähler
übermitteln ihre Daten entsprechend
der datenschutzrechtlichen Vorgaben
und der vorherigen schriftlichen Zustimmung durch den Letztverbraucher
direkt an das System.
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Virtuelle Kraftwerke
Um große Energiemengen variabel
ab- sowie zuschalten und so Lastflüsse regeln zu können, eignen sich
sogenannte 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 sogenannte Kettenkunden: Drogeriemärkte und Supermarktketten kaufen die Energie für ihre
Filialen zentral ein und erfassen über
Fernablesesysteme den Verbrauch zentral. Virtuelle Kraftwerke und Ketten-
kunden benötigen den Smart ­Meter
zur Messung und Weiterleitung des
Lastprofils. Er dient als Messelement
für die Strommengen sowie Preise und
verfügt über ein GSM-Modul und
entsprechende Steuerausgänge oder
Bussysteme.
Der 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 Netzzustands­
daten; das sind u. a. Lastflüsse, Phasenwinkel, Spannung, Frequenz und
Stromfluss.
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setzung für dieses Vorgehen sind blindleistungsfähige Wechselrichter in den betroffenen Netzsegmenten. Die intelligenten Zähler ermitteln die Wirk- sowie die Blindleistung bzw.
den Phasenwinkel. Diese Daten werden entweder in die
Zentrale oder den Ortsnetztransformator übertragen und
die optimale Blindleistungskompensation für die einzelnen
Anschlusspunkte errechnet.
Lastflussanalyse und -regulierung
02  Kommunikationsfähige Smart Meter können viele
Aufgaben im Smart Grid übernehmen
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. Der Smart Meter liefert
durch die Messung des Lastprofils, der Wirkleistung und der
Netzzustandsdaten Antworten auf diese Fragen.
Der Verteilnetzbetreiber kann zum Beispiel EEG-­Anlagen
schalten, wenn zu viel Strom produziert wird. Möglich ist
dies über das Abregeln von PV-Anlagen, wie es im EEG
2012 gefordert wird. Die Schaltvorgaben werden zwar h
­ eute
noch durch den Übertragungsnetzbetreiber angewiesen. Die
technischen Voraussetzungen sind allerdings bereits alle erfüllt.
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 entsprechende
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 bei den heutigen Lastschaltboxen gemacht wird. Zukünftig werden die Schaltbefehle über das
Gateway nach Schutzprofil übermittelt.
Fazit
03  Der Zähler bietet vier zentrale Funktionen: flexibler
Stromzähler, Datenkollektor für Multienergie-Anwendungen,
­bidirektionale Kommunikationsschnittstelle und leistungs­
fähiges Interface für die Interaktion mit dem Endkunden
Smart Meter übernehmen entscheidende Aufgaben bei der
Neugestaltung der Energieversorgung (Bild 3). 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. (mh)
Literatur
Diese Netzzustandsdaten lassen sich mittels Smart
­Metern erheben. Gleichzeitig ermöglichen die Geräte eine
Schwellenwertüberwachung, sodass ab einem bestimmten
Spannungsabfall oder im Falle von Überspannung Alarm
ausgelöst wird. Auf diese Weise kann ein Spannungsproblem
direkt erkannt und behoben werden.
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. Hier haben Smart Meter die
Aufgabe die Spannungsqualität zu messen und an die lokale
Station weiterzugeben, die dann die Regelung vornimmt.
Auch die Spannungsregulierung durch Blindleistungskompensation wird durch Smart Meter unterstützt. Voraus-
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[1]Landis + Gyr GmbH, Nürnberg: www.landisgyr.de
[2]Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI),
Bonn: www.bsi.bund.de
Autor
Dr. Peter Heuellist Geschäftsführer
der Landis + Gyr GmbH in Nürnberg.
[email protected]
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