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Smart Energy




Glossar
Smart Energy
                         1
Index Smart Energy

AMI, advanced metering infrastructure
AMM, automated meter management

AMR, automatic meter reading
Drahtlose Energieübertragung
EIB, European installation bus

Energy Harvester
Energy Harvesting
MDM, meter data management
Powerline
Powerline-Netz
Powerline-Übertragung
Smart-Grid
Smart Lighting
Smart Meter
Smart Metering




                                        2
Smart Energy

AMI, advanced metering   Unter Advanced Metering Infrastructure (AMI) versteht man fortschrittliche
infrastructure           Verbrauchsmesssysteme. AMI-Systeme messen, speichern und analysieren die von Smart
                         Metern gelieferten Werte und übertragen sie auf Anfrage an die Versorgungsunternehmen. Ein
                         AMI-System besteht aus der Hardware mit dem Smart Meter und dem Automated Meter
                         Management (AMM), der Software für die Statistiken und Analysen der Verbrauchswerte, und
                         der Kommunikationstechnik mit der die Werte an die Versorgungsunternehmen gesendet oder
                         von diesen empfangen werden.
                         AMI-Systeme liefern ihre Daten an das zentrale Meter Data Management (MDM), auf die
                         anderen Datenquellen von Fremdanwendungen, Messdienstleistern und anderen
                         Marktteilnehmern zugreifen und ihre Daten übermitteln. Die Übertragungstechnik selbst kann
                         drahtgebunden über Netzwerke erfolgen, aber ebenso drahtlos über Funknetze. Die
                         übertragenen Daten dienen dem Verbraucher zur Änderung seines Verbrauchsverhaltens und
                         dem Versorgungsunternehmen für deren Kapazitätsplanung.
                         Generell werden AMI-Systeme für alle Verbrauchswerte eingesetzt, die von Gas, Elektrizität
                         und Wasser.


AMM, automated meter     Automated Meter Management (AMM) ist ein Technologie für die effizientere Nutzung des
management               Energieverbrauchs. Das AMM-Konzept unterstützt intelligente Stromzähler, die Smart Meter,
                         und erhöht die Effizienz der gesamten Wertschöpfungskette von der Energieerzeugung über
                         die Energiespeicherung bis hin zum Energieverbrauch.
                         Das Automated Meter Management bietet über das Smart Metering Echtzeit- und
                         Detailinformationen über den Verbrauch eines jeden Kunden. Das intelligente Stromnetz, das
                         Smart Grid, kann auf den entsprechenden Mehrbedarf oder eine Bedarfsminderung unmittelbar


                                                                                                                      3
Smart Energy

                                                                                                  reagieren. Der
                                                                                                  Verbraucher hat
                                                                                                  durch das AMM-
                                                                                                  Konzept den
                                                                                                  Vorteil, dass er
                                                                                                  Tages- und
                                                                                                  zeitabhängige
                                                                                                  Tarife und
                                                                                                  spezielle
                                                                                                  Angebote durch
                                                                                                  Steuerung seiner
                                                                                                  Verbrauchs-
                                                                                                  geräte optimal
                                                                                                  ausnutzen kann.
                       Funktionen des Automated Meter Management (AMM)


AMR, automatic meter   Die automatische Zählerablesung (AMR) ist ein Beispiel für M2M-Kommunikation bei der von
reading                Sensoren erfasste Verbrauchswerte über Strom-, Telefon- oder Funknetze zu einer zentralen
Automatische           Erfassungseinrichtung übertragen werden. Es kann sich dabei um Verbrauchsdaten von
Zählerablesung         Heizkörpern, von Füll- oder Zählerständen handeln, die mittels Bluetooth oder ZigBee an
                       einen Funkknoten und von dort weiter an die Erfassungseinrichtung übertragen werden.
                       Unter vielen anderen Anwendungen nutzt die Energiewirtschaft die AMR-Technik und das Smart
                       Metering indem sie die Zählerstände von Stromzählern ausliest und diese über die von der


                                                                                                                     4
Smart Energy

                                                                                         CENELEC definierten
                                                                                         Frequenzbänder mittels
                                                                                         Powerline-Übertragung
                                                                                         mit der äußerst geringen
                                                                                         Datenrate von 75 bit/s
                                                                                       überträgt.
                                                                                       Andere Konzepte
                                                                                       benutzen für die
                     CENELEC-Frequenzbänder nach EN 50065-1 für das Stromnetz
                                                                                       Übertragung der
                     Zählerstände Funktechniken wie das dafür nutzbare Frequenzband von 868 MHz oder die
                     bestehenden Mobilfunknetze mit GPRS oder UMTS.


Drahtlose            Bisher wird elektrische Energie über Kabel und Leiter übertragen. Es gibt allerdings einige
Energieübertragung   Entwicklungen, die sich mit der drahtlosen und kabellosen Energieübertragung beschäftigen,




                     Drahtlose Energieübertragungsverfahren


                                                                                                                    5
Smart Energy

                                                           von denen einige vielversprechend sind.
                                                           Ein Konzept der drahtlosen
                                                           Energieübertragung basiert auf Induktion,
                                                           ein weiteres nutzt Funktechniken und ein
                                                           drittes die Lasertechnik. Beim
                                                           erstgenannten Konzept wird die Energie
                                                           mittels induktiver Kopplung vom
                                                           Energiesender zum Energieempfänger
                                                           übertragen. Bekannte Beispiele hierfür sind
                                                           elektrische Zahnbürsten und RFID. Neuere
                                                           Entwicklungen nutzen die
                                                           Induktionstechnik für das Aufladen der
                                                           Akkus in Mobilgeräten, in iPods, iPhones,
                                                           Smartphones, Handys. Diese Techniken
                                                           benutzen Ladematten auf die die Geräte
Experimenteller Aufbau einer Energieübertragung nach dem   gelegt werden und sind bekannt als
Resonanzprinzip, Foto: cnet.de
                                                           Powermat oder Power-Pad. Abweichende
Konzepte basieren auf dem Resonanzprinzip. Hierfür sind als Beispiele WiTricity und Wireless
Resonant Energy Link (WREL) von Intel zu nennen.
Die funktechnischen Konzepte arbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die von den
Energieempfängern empfangen und umgesetzt werden. Airnergy ist ein solches funkbasiertes
Konzept, das allerdings wie alle Übertragungstechniken physikalischen Gesetzmäßigkeiten
unterliegt. Diese schränken die Ausdehnung insofern ein, als dass die Feldstärke linear mit


                                                                                                         6
Smart Energy

                   der Entfernung zwischen Energiesender und Energieempfänger abnimmt, und die
                   Leistungsdichte sogar quadratisch.
                   Das dritte Laser-basierte Konzept, das bekannt ist als PowerBeam und dessen Technologie
                   WiTrichy heißt, beamt Energie mittels Laser zum Energieempfänger, der die Wärme des
                   Laserstrahls in eine Solarzelle in Energie umwandelt.
                   Ganz so neu ist die drahtlose Energieübertragung auf Funkbasis allerdings nicht. Bereits Mitte
                   des letzten Jahrhunderts gab es das Phänomen, dass in Häusern in der Nähe von
                   Langwellensendern Glühlampen leuchteten, ohne dass der Strom eingeschaltet war. Dieses
                   Phänomen basierte darauf, dass die elektrische Verkabelung eine Langwellenantenne bildete
                   und die hohe Sendeleistung, die mehrere hundert Kilowatt betrug, umsetzte. In anderen
                   Fällen nutzten Findige den Gartenzaun als Antenne. Heute geht es dagegen um
                   Sendeleistungen von einigen wenigen Watt.


EIB, European      Die europäische Union hat mit dem europäischen Installationsbus (EIB) einen Standard für die
installation bus   Gebäudeautomation und das Gebäudemanagement festgelegt. Der Standard ist für Wohn- und
Europäischer       Zweckbauten und soll die vorhandenen herstellereigenen Bussysteme ersetzen und einbinden.
Installationsbus   Der EIB-Bus ist ein Bussystem, das alle Sensoren und Aktoren in Gebäuden miteinander
                   verbindet und über das die Steuersignale für diese Komponenten betrieben werden. Im
                   Einzelnen handelt es sich bei den Sensoren um Bewegungsmelder, Temperaturfühler,
                   Brandmelder, Windstärkemesser, Lichtmesser usw., bei den Aktoren primär um Motoren und
                   Schalter.
                   Das EIB-Konzept nutzt für die Sensor- und Steuersignale ein separates UTP-Kabel der
                   Kategorie 5 und ein spezielles Protokoll. Die Steuerspannung für die Sensoren und Aktoren


                                                                                                                    7
Smart Energy

                   läuft über das UTP-Kabel. Lassen die bautechnischen Voraussetzungen eine separate
                   Verkabelung nicht mehr zu, bieten sich als Alternativen Powerline an, sowie eine Funk- oder
                   Infrarot-Verbindung.
                   Die Struktur der EIB-Verkabelung kann in Bus-, Stern-, Linien- oder Baumtopologie erfolgen.
                   Die einzelnen Linien werden über Linienkoppler, die sich in den Verteilerkästen befinden, mit
                   einander verbunden. An einer Linie sind Sensoren und Aktoren gleichermaßen angeschlossen,
                   die über das IP-Protokoll mit so genannten Telegrammen, das sind die von der
                   Datenkommunikation her bekannten Datagramme, versorgt werden. Die Telegramme enthalten
                   eine Nutzdateninformation von 8 Bit. Insgesamt kann eine solche Konstellation aus 15
                   Bereichen und 15 Linien mit jeweils 256 Stationen bestehen. Dementsprechend benutzen die
                   Stationen für die Adressierung die Dotted Decimal: Notation Bereich.Linie.Station, Beispiel:
                   12.4.122. Bereich 12, Linie 4, Station 122.
                   Die Datenrate beträgt bei der Übertragung über UTP-Kabel 9,6 kbit/s. Die Öffnung nach außen
                   erfolgt über das IP-Protokoll, damit das Gebäude- und Facility-Management auch von
                   ausgelagerten Standorten aus über Festnetze und Mobilfunknetze erfolgen kann. Alle
                   Diagnosevorgänge und Fehlermeldungen können von dann von einer Zentrale aus dezentral
                   gesteuert werden. Diese zentrale Leitstelle nimmt alle Störmeldungen, Warnhinweise und
                   Alarme entgegen und kann darauf entsprechend reagieren.

Energy Harvester   Energy Harvester sind autarke Energiequellen, die kleinste physikalische Größen wie
energy harvester   Temperaturdifferenzen, Magnetfeldänderungen, Vibrationen oder Licht in elektrische Energie
                   umsetzen und anstelle von Batterien eingesetzt werden können. Typische Energy Harvester
                   sind Fotozellen, Magnetfeldsensoren und Thermogeneratoren, die kleinste Energiemengen im


                                                                                                                   8
Smart Energy

Milli- und Mikrowatt-Bereich generieren. Energy Harvester können für die Versorgung von
Funksensoren benutzt werden, die sich an entlegenen oder schwer zugänglichen Stellen
befinden.
Die von Energy Harvestern erzeugten Spannungen liegen im Millivolt-Bereich und müssen,
bevor sie für die Versorgung elektronischer Schaltungen eingesetzt werden, in eine höhere
Spannung umgesetzt und nach Möglichkeit auch gespeichert werden. Dafür gibt es
Gleichspannungswandler (DC/DC), die auf Eigenresonanz basieren und aus
Eingangsspannungen von einigen Millivolt Ausgangsspannungen von mehreren Volt erzeugen.




Energienutzungsmöglichkeiten beim Energy Harvesting


                                                                                            9
Smart Energy

                    Damit die Versorgung auch dann gesichert ist, wenn das Energy Harvesting keine Energie
                    liefert, haben entsprechende DC/DC-Chips Ladekondensatoren, in der die Energie gespeichert
                    wird.


Energy Harvesting   Energy Harvesting steht für Energieernte. Darunter versteht man die Energiegewinnung aus
energy harvesting   ambienten Energiequellen, das können geringste Luftströmungen sein, die Änderung der
                    Umgebungstemperatur, eine Vibration oder ein Tastendruck. Das Harvesting bezieht sich auf
                    kleinste natürliche Energiequellen, deren Energie akkumuliert und gespeichert wird. Die
                    gespeicherte Energie kann dann in der Form abgerufen werden, die für die jeweilige
                    Versorgung benötigt wird.
                    Energy Harvesting nutzt Wandler, die nach bekannten Effekten arbeiten wie dem Piezo-Effekt,
                    Hall-Effekt oder dem Peltier-Effekt. Es kann sich um Thermogeneratoren handeln, um spezielle
                    Antennen, CCD-Sensoren, Heatpipes oder Solarzellen, die Temperaturdifferenzen,
                                                                 Luftströmungen, Lichtunterschiede,
                                                                 Magnetfeldänderungen, elektromagnetische
                                                                 Strahlungen oder mechanische Kräfte in
                                                                 elektrische Energie umzusetzen. Diese
                                                                 Miniaturkraftwerke, auch als Energy Harvester
                                                                 bezeichnet, erzeugen geringste elektrische
                                                                 Leistungen, die im Mikro- und Milliwatt-Bereich
                                                                 liegen. Die kleinen Energy-Harvesting-
                                                                 Komponenten sind so konzipiert, dass sie
                    Thermogenerator, Foto: Fraunhofer Institut   autonom arbeiten und anstelle von Batterien oder


                                                                                                                    10
Smart Energy

                  Akkus eingesetzt werden können. Das bedeutet auch, dass diese Komponenten unter
                  Umständen auch autark und unkontrolliert arbeiten.
                  Die Technik des Energy Harvesting ist bereits von früheren Jahren her bekannt aus
                  Taschenrechnern mit kleinen Fotozellen oder Armbanduhren, in denen die kinetische Energie
                  aus der Armbewegung genutzt wird. Neuere Einsatzbereiche sind autarke Funksensoren, wie
                  sie beispielsweise in ZigBee, WirelessHART oder anderen Sensornetzwerken eingesetzt
                  werden. Das hat auch den Vorteil, dass die Funksensoren nicht von Batterien und deren
                  Lebensdauer abhängig sind und keine Wartung benötigen. Die derzeitigen Entwicklungen der
                  Energy-Harvesting-Komponenten zielen auf autonome Kleinstkomponenten, Micro Energy
                  Havestern, die überall energieautark eingesetzt werden können. Die Einsatzbereiche reichen
                  von der Medizintechnik über die Automotive- und Automatisierungstechnik bis hin zur
                  Gebäudeautomation in intelligenten Häusern.
                  Die mittels Energy Harvesting gewonnene Spannung kann mit Gleichspannungswandlern auf
                  eine höhere Spannung umgesetzt werden.

MDM, meter data   Das Meter Data Management (DMD) ist das zentrale Datenmanagement des Smart Metering.
management        Es stellt das Bindeglied zwischen der Prozessdatenverarbeitung und der unternehmensweiten
                  Informationsverarbeitung dar und stellt beiden Seiten entsprechende Funktionen zu
                  Verfügung. So verarbeitet es die Verbrauchsdaten von AMI-Systemen, in die die Analysewerte
                  einzelner Verbrauchstellen einfließen, des Weiteren die von anderen Marktteilnehmern, von
                  Fremdanwendern und Messdienstleistern.
                  Das Meter Data Management kann als Berechnungsautomat angesehen werden, der über
                  Kommunikationsnetze seine Ergebnisse anderen Anwendungen zur Verfügung stellt. So für die


                                                                                                               11
Smart Energy

                 Bearbeitung von Prognosedaten oder die Abrechnungsvorbereitung anhand der elektronisch
                 erfassten Verbrauchswerte.


Powerline        Powerline Communication (PLC) ist eine Technik mit der Sprache, Daten und Video über das
PLC, powerline   Stromnetz übertragen werden können. Diese Technik kann im Anschlussbereich zur
communication    Überbrückung der Last Mile und in Home-Networks eingesetzt werden. Das Powerline-Netz
                 besteht aus dem Netz für den Anschlussbereich, das bis zur Trafostation für den
                 Niederspannungsbereich reicht, und dem Inhouse-Bereich bis zu den Steckdosen. Mit
                 Powerline kann ein interaktiver Zugang zu den Telekommunikationseinrichtungen geschaffen
                 werden.
                 Die Voraussetzungen für den Einsatz von Energieverteilnetzen für die Nachrichtentechnik setzt
                 die Kenntnis der übertragungstechnischen Parameter voraus. Dabei sind neben den
                                                     Parametern des Übertragungskanals wie der Eingangs-
                                                     und Ausgangsimpedanz, des Frequenzbereichs, die
                                                     Impedanzstoßstellen zu nennen in Form von
                                                     Gebäudeverteilern, Abzweigungen, Sicherungskästen und
                                                     Steckdosen, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf
                                                     das Übertragungsverhalten haben. Darüber hinaus
                                                     beeinträchtigt das Störverhalten durch das Ein- und
                                                     Ausschalten von Geräten den Nachrichtentransport über
                                                     ein Energieverteilnetz maßgeblich. Aus den genannten
                                                     Gründen kann Powerline nur für Entfernungsbereiche von
                 Powerline-USB-Adapter von Zeus      300 Meter eingesetzt werden; mit Repeatern (PNR)


                                                                                                                 12
Smart Energy

                    erhöht sich die Entfernung auf 500 m.
                    Untersuchungen haben gezeigt, dass Energieverteilnetze bis hin zu Grenzfrequenzen von 30
                    MHz nutzbar sind und je nach Sendeleistung Entfernungen von einigen hundert Metern auf der
                    Niederspannungsebene überbrückt werden können.
                    Da die Niederspannungsebene eine Baumtopologie aufweist, müssen sich alle aktiven Nutzer
                    die Bandbreite teilen. Geht man einmal von einigen hundert Haushalten aus, liegt die
                    tatsächlich erreichbare Geschwindigkeit im Bereich der Analogmodems und kommt damit für
                    die Nutzung als interaktiver Verteildienst nicht in Frage.
                    Die Datenraten für Powerline-Übertragungen liegen bei 14 Mbit/s, mit Breitband-Powerline
                    werden Datenraten von bis zu 200 Mbit/s im In-House-Bereich erzielt.
                    Übertragungstechnisch erfolgt die Powerline-Übertragung mit verschiedenen
                    Modulationsverfahren in von der CENELEC standardisierten Frequenzbändern.
                    IEEE hat sich ebenfalls des Themas Powerline angenommen und die Arbeitsgruppe IEEE P1901
                    beauftragt einen Standard zu erarbeiten. Die Standardisierungsarbeiten stehen unter der
                    Bezeichnung: Standard for Broadband over Power Line Networks. Darüber hinaus kümmern
                    sich HomePlug, CEPCA und OPERA sowie die global arbeitende Universal Powerline
                    Association (UPA) um Powerline-Standards in Heimnetzen.


Powerline-Netz      Die Powerline-Technik kann sowohl auf Mittelspannungsleitungen (6,6 kV bis 20 kV) als auch
powerline network   auf Niederspannungsleitungen eingesetzt werden. Im Niederspannungsbereich wird zusätzlich
                    zwischen Outdoor-Systemen (380 V) und Indoor-Systemen (230 V) unterschieden. Letztere,
                    die auch für Home-Networks genutzt werden können, werden mit PowerNET bezeichnet.
                    Bei Powerline speist man die Telekommunikationsdienste im Bereich einer Trafostation über


                                                                                                                 13
Smart Energy

                                                  den Netzabschluss (PLT), auch bekannt
                                                  als Outdoor Access Point (AOP), und die
                                                  Powerline Network Unit (PNU) oder den
                                                  PLC-Master in das Niederspannungsnetz.
                                                  Der PLC-Master übernimmt die Versorgung
                                                  der Häuser mit den
                                                  Telekommunikationsdiensten über das
                                                  Niederspannungsnetz. Jedes Haus hat
                                                  einen PLC-Hauskoppler, über den die
                                                  Stromversorgung mit aufmodulierten
Powerline-Interface, Foto: Powerhouse
                                                  Kommunikationsdaten im Haus verteilt
wird.
An den Steckdosen sind Adapter angebracht, die den Kommunikationsstrom aus der
Netzspannung ausfiltern, der anschließend in einem Modem demoduliert wird. Die Powerline-
Technik kann sowohl auf Mittelspannungsleitungen (6,6 kV bis 20 kV) als auch auf
Niederspannungsleitungen eingesetzt werden. Im Niederspannungsbereich wird zusätzlich
zwischen Outdoor-Systemen (380 V) und Indoor-Systemen (230 V) unterschieden. Letztere,
die auch für Home-Networks genutzt werden können, werden mit PowerNET bezeichnet.
Bei Powerline speist man die Telekommunikationsdienste im Bereich einer Trafostation über
den Netzabschluss (PLT), auch bekannt als Outdoor Access Point (AOP), und die Powerline
Network Unit (PNU) oder den PLC-Master in das Niederspannungsnetz. Der PLC-Master
übernimmt die Versorgung der Häuser mit den Telekommunikationsdiensten über das
Niederspannungsnetz. Jedes Haus hat einen PLC-Hauskoppler, über den die Stromversorgung
mit aufmodulierten Kommunikationsdaten im Haus verteilt wird.
                                                                                            14
Smart Energy

                         An den Steckdosen sind Adapter angebracht, die den Kommunikationsstrom aus der
                         Netzspannung ausfiltern, der anschließend in einem Modem demoduliert wird.


Powerline-Übertragung    Die Übertragung in Powerline erfolgt mit verschiedenen Modulationsverfahren in
powerline transmission   standardisierten Frequenzbändern. Die Service Provider verwenden zwei Verfahren:
                         Schmalband- und Breitband-Modulation. Die Schmalband-Übertragung stellt zwar nur eine
                         Übertragungsgeschwindigkeit von 100 kbit/s zur Verfügung, hat aber den Vorteil der
                         geringeren Störanfälligkeit. Als Modulationsverfahren werden dabei die Frequenzumtastung
                         (FSK) oder die Quadratur-Phasenmodulation (QPSK) verwendet. Daneben wird bei der
                         Breitbandübertragung OFDM eingesetzt. Dieses Verfahren lässt sich im Rahmen der
                         europäischen CENELEC-Norm nicht einsetzen.
                         Die CENELEC hat in der Norm EN 50065 fünf Kommunikationsbänder für Energieverteilnetze
                         mit unterschiedlichen Zugangsvoraussetzungen festgelegt, die so genannten CENELEC-
                         Bänder. Diese fünf Frequenzbänder werden mit den Buchstaben „A“, „B“, „C“ und „D“
                                                                                            bezeichnet, das
                                                                                            unterste Frequenzband
                                                                                            hat keine Bezeichnung.
                                                                                             Von den fünf genormten
                                                                                             Frequenzbändern im
                                                                                             Frequenzbereich von 3
                                                                                             kHz bis 148,5 kHz sind
                                                                                             drei Bänder für
                         CENELEC-Frequenzbänder nach EN 50065-1 für das Stromnetz
                                                                                             Kommunikationsdienste


                                                                                                                      15
Smart Energy

             innerhalb der Gebäude vorgesehen: Das unterste Frequenzband und das A-Band liegen
             unterhalb von 95 kHz und werden für Datenanwendungen der Energieversorger genutzt. Das
             B-Band von 95 kHz bis 125 kHz, das C-Band von 125 kHz bis 140 kHz und das D-Band von 140
             kHz bis 148,5 kHz sind für private Nutzung innerhalb von Gebäuden vorgesehen.
             Bei optimalen Bedingungen können Datenraten von bis zu 300 kbit/s erreicht werden. Für
             höhere Übertragungsgeschwindigkeiten sind in Powerline Frequenzen zwischen 1,6 MHz und
             30 MHz. Für den Indoor-Bereich ist der Frequenzbereich von 1,6 MHz bis 13 MHz vorgesehen,
             für den Outdoor-Bereich der Frequenzbereich zwischen 15 MHz und 30 MHz.

Smart-Grid   Mit Smart Grid oder Smart Power Grid werden intelligente Leitungsnetze für die
smart grid   Stromversorgung bezeichnet, die die Energieversorgung der Energieeinspeisung und dem
             Verbrauch anpassen. Bei diesen Energienetzen geht es um eine bedarfsgerechte und
             effiziente Energieverteilung von zentral und dezentral eingespeister Energie und um die
             Steuerung des Verbrauchsverhaltens. Neben dem Lastmanagement geht es auch um die
             automatisierte Netzverwaltung und -wartung.
             Smart Grids sollen die stark schwankenden Energieeinspeisungen von Solar-, Wind- und Bio-
             Anlagen in die vorhandenen Energieversorgungsnetze ausgleichen und außerdem für eine
             Effizienzerhöhung sorgen. Smard-Grid-Netze können dank ihrer Intelligenz Vorhersagen über
             die Einspeisung und den Verbrauch erstellen, die Speicherung von überschüssiger Energie
             steuern und die Stromverteilung an den Verbrauch anpassen. Sie können Einspeisungs- und
             Verbrauchsprofile erstellen und danach das Energieangebot optimieren.
             Vom Konzept her handelt es sich bei einem Smart Grid um ein komplexes Netzwerk, in dem
             alle Datenströme für die Energieversorgung zusammenlaufen. An allen Einspeisepunkten und


                                                                                                         16
Smart Energy

                                                                           Verbrauchsstellen werden die
                                                                           Daten mittels Sensoren erfasst
                                                                           und der Smart-Grid-Steuerung zur
                                                                           Verfügung gestellt. Das Konzept
                                                                           reicht bis hin zum Endverbraucher,
                                                                           der mit intelligenten Stromzäh-
                                                                           lern, den Smart Metern,
                                                                           ausgestattet wird und mittels
                                                                           Smart Metering sein eigenes
                                                                           Verbrauchsverhalten erfasst und
                                                                           dieses durch spezielle Tarife
                                                                           beeinflussen kann.
                                                                           Für die Kommunikations-
                                                                           infrastruktur bieten sich sowohl
                                                                           IP-Netze wie das Internet an, als
                                                                           auch Mobilfunknetze.
                 Konzeptionelle Komponenten eines Smart Grid
                                                                           Konzeptionell sollen langfristig
                                                                           auch Elektrofahrzeugen in die
                 Energiespeicherung eingebunden werden. Und zwar sollen die Batterien der Elektrofahrzeuge
                 Energie speichern und bei Lastspitzen diese an das Smart Grid abgeben.


Smart Lighting   Unter der Bezeichnung Smart Lighting gibt es zwei vollkommen unterschiedliche technische
smart lighting   Ansätze. Während die Beleuchtungsindustrie darunter eine intelligente Lichtsteuerung
                 versteht, geht es im zweiten Fall um eine Bezeichnung für eine drahtlose Netzwerktechnik.
                                                                                                                17
Smart Energy

                       Smart Lighting, die automatische oder smarte Beleuchtungssteuerung, ist ein Konzept für die
                       Heimbeleuchtung bei dem mittels Fernbedienung die Helligkeit von Decken- und Wandlampen
                       nach den Wünschen und Vorstellungen des Benutzers gesteuert werden kann. Die Smart-
                       Lighting-Beleuchtung kann automatisch helligkeits- und zeitbezogen eingestellt werden.


Smart Meter            Ganz allgemein ist ein Smart Meter ein intelligenter Zähler für Energie. In der Bezeichnung wir
Intelligenter Zähler   kein Unterschied gemacht, ob es sich um einen intelligenten Strom-, Wassre- oder
                       Wärmezähler handelt.
                       Das Smart Meter erfasst den Energieverbrauch. Es arbeitet digital, ist mit eigener Intelligenz
                                                          ausgestattet und soll nicht nur den Energieverbrauch
                                                          speichern, sondern auch beim Energiesparen helfen. Da
                                                          zukünftig die Energiepreise während der Woche und während
                                                          des Tages nach Angebot und Nachfrage geregelt werden
                                                          sollen, kann das Smart Meter in Verbindung mit dem
                                                          Automated Meter Management (AMM) insofern einen Beitrag
                                                          zur Kostenreduzierung leisten, indem es Verbrauchergeräte
                                                          mit hohem Leistungsverbrauch nur bei günstigen
                                                          Energiepreisen einschaltet. Das bedeutet beispielsweise,
                                                          dass in einem Haushalt die Waschmaschine oder der
                                                          Trockner vorwiegend nachts betrieben werden. Dadurch kann
                                                          der Verbraucher Energie und Kosten sparen.
                                                          Zu diesem Zweck werden die Verbrauchsstellen über den M-
                       Smart Metering, Foto: Lerchwerke   Bus mit dem Smart Meter verbunden. Dieses überwacht


                                                                                                                         18
Smart Energy

                 nicht nur die Verbrauchsstellen, sondern dient funktional als Gateway zum Energieversorger
                 indem es auch den Energieverbrauch über die Energieverteilnetze, später über die Smart
                 Grids, zu den Zentralen der Energieversorger überträgt und damit die Funktion der
                 Fernablesung erfüllt. Diese Übertragung übernehmen drahtgebundene Systeme oder auf
                 Funktechnik basierende AMI-Systeme, das steht für Advanced Metering Infrastructure, über
                 die die gemessenen Verbrauchsdaten zu den Energieversorgern übertragen werden.


Smart Metering   Smart Metering steht für intelligentes Messwesen. Es ist eine innovative Technologie, die
smart metering                                                                          aufgrund des im
                                                                                        Deutschen Bundestag
                                                                                        in 2008
                                                                                        verabschiedeten
                                                                                        Energie- und
                                                                                        Klimaschutzpaketes
                                                                                        entwickelt wurde. Im
                                                                                        Rahmen des
                                                                                        Energiewirtschaftsgesetzes
                                                                                        (EnWG) von der
                                                                                        Bundesregierung ist
                                                                                        Smart Metering für
                                                                                        2010 zwingend in
                                                                                        Neubauten
                 Smart-Meter-Funktionen                                                 vorgeschrieben.


                                                                                                                     19
Smart Energy

Smart Metering schafft in Kombination mit Smart Meter, den intelligenten Stromzählern, und
den Smart Grids, den intelligenten Stromnetzen, die Voraussetzungen um die Stromerzeugung
kurz- und mittelfristig besser auf den Strombedarf und das Verbrauchsverhalten anpassen zu
können. Die Energiemessung spielt dabei eine wesentliche Rolle für die Ermittlung des
Strombedarfs. Mit Smart Metering wird zeitabhängig der eigene Verbrauch erfasst. Die vom
Smart Meter ermittelten und an den Energieversorger weitergeleiteten Verbrauchswerte
fließen in das Kapazitätsmanagement der Smart Grids ein, können zur Verbesserung der
Tarifmodelle herangezogen werden und sollen für einen sparsameren Umgang mit Energie
sorgen. Die verbrauchsbezogenen Daten können auch für Prognosen und die
Bedarfsentwicklung herangezogen werden. Durch tageszeitabhängige Tarife können
Verbraucher leistungsstarke Verbrauchsgeräte immer dann betreiben, wenn die
tageszeitabhängige Tarifierung ihnen Vorteile bringt.
Es gibt verschiedene Konzepte für die Datenübertragung hin zum Energieversorger. Dies kann
über Web-Interfaces und das Internet erfolgen; die Messdaten können aber ebenso über
lizenzfreie Funkfrequenzen oder über Mobilfunknetze übertragen werden und auch über die
Stromnetze mittels Powerline und die darin vorgesehenen Cenelec-Frequenzbänder.




                                                                                             20
Impressum Energy
    Smart


Herausgeber

Klaus Lipinski
Datacom-Buchveralg GmbH
84378 Dietersburg

ISBN: 978-3-89238-171-6             Impressum
Smart Energy
E-Book, Copyright 2010
Alle Rechte vorbehalten.
Keine Haftung für die angegebenen Informationen.

        Creative Commons
        Namensnennung- Keine
        Kommerzielle Nutzung - Keine
        Bearbeitung 3.0 Deutschland
Hinweis — Im Falle einer Verbreitung müssen Sie anderen alle Lizenz-
bedingungen mitteilen, die für dieses Werk gelten.
Das E-Book darf nur dann auf fremde Webseiten gestellt werden, wenn ein
Backlink auf www.itwissen.info gesetzt ist.

Layout & Gestaltung: Sebastian Schreiber
Produktion: www.media-schmid.de

Weitere Informationen unter www.itwissen.info



                                                                          21

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Glossar Smart-Energy

  • 2. Index Smart Energy AMI, advanced metering infrastructure AMM, automated meter management AMR, automatic meter reading Drahtlose Energieübertragung EIB, European installation bus Energy Harvester Energy Harvesting MDM, meter data management Powerline Powerline-Netz Powerline-Übertragung Smart-Grid Smart Lighting Smart Meter Smart Metering 2
  • 3. Smart Energy AMI, advanced metering Unter Advanced Metering Infrastructure (AMI) versteht man fortschrittliche infrastructure Verbrauchsmesssysteme. AMI-Systeme messen, speichern und analysieren die von Smart Metern gelieferten Werte und übertragen sie auf Anfrage an die Versorgungsunternehmen. Ein AMI-System besteht aus der Hardware mit dem Smart Meter und dem Automated Meter Management (AMM), der Software für die Statistiken und Analysen der Verbrauchswerte, und der Kommunikationstechnik mit der die Werte an die Versorgungsunternehmen gesendet oder von diesen empfangen werden. AMI-Systeme liefern ihre Daten an das zentrale Meter Data Management (MDM), auf die anderen Datenquellen von Fremdanwendungen, Messdienstleistern und anderen Marktteilnehmern zugreifen und ihre Daten übermitteln. Die Übertragungstechnik selbst kann drahtgebunden über Netzwerke erfolgen, aber ebenso drahtlos über Funknetze. Die übertragenen Daten dienen dem Verbraucher zur Änderung seines Verbrauchsverhaltens und dem Versorgungsunternehmen für deren Kapazitätsplanung. Generell werden AMI-Systeme für alle Verbrauchswerte eingesetzt, die von Gas, Elektrizität und Wasser. AMM, automated meter Automated Meter Management (AMM) ist ein Technologie für die effizientere Nutzung des management Energieverbrauchs. Das AMM-Konzept unterstützt intelligente Stromzähler, die Smart Meter, und erhöht die Effizienz der gesamten Wertschöpfungskette von der Energieerzeugung über die Energiespeicherung bis hin zum Energieverbrauch. Das Automated Meter Management bietet über das Smart Metering Echtzeit- und Detailinformationen über den Verbrauch eines jeden Kunden. Das intelligente Stromnetz, das Smart Grid, kann auf den entsprechenden Mehrbedarf oder eine Bedarfsminderung unmittelbar 3
  • 4. Smart Energy reagieren. Der Verbraucher hat durch das AMM- Konzept den Vorteil, dass er Tages- und zeitabhängige Tarife und spezielle Angebote durch Steuerung seiner Verbrauchs- geräte optimal ausnutzen kann. Funktionen des Automated Meter Management (AMM) AMR, automatic meter Die automatische Zählerablesung (AMR) ist ein Beispiel für M2M-Kommunikation bei der von reading Sensoren erfasste Verbrauchswerte über Strom-, Telefon- oder Funknetze zu einer zentralen Automatische Erfassungseinrichtung übertragen werden. Es kann sich dabei um Verbrauchsdaten von Zählerablesung Heizkörpern, von Füll- oder Zählerständen handeln, die mittels Bluetooth oder ZigBee an einen Funkknoten und von dort weiter an die Erfassungseinrichtung übertragen werden. Unter vielen anderen Anwendungen nutzt die Energiewirtschaft die AMR-Technik und das Smart Metering indem sie die Zählerstände von Stromzählern ausliest und diese über die von der 4
  • 5. Smart Energy CENELEC definierten Frequenzbänder mittels Powerline-Übertragung mit der äußerst geringen Datenrate von 75 bit/s überträgt. Andere Konzepte benutzen für die CENELEC-Frequenzbänder nach EN 50065-1 für das Stromnetz Übertragung der Zählerstände Funktechniken wie das dafür nutzbare Frequenzband von 868 MHz oder die bestehenden Mobilfunknetze mit GPRS oder UMTS. Drahtlose Bisher wird elektrische Energie über Kabel und Leiter übertragen. Es gibt allerdings einige Energieübertragung Entwicklungen, die sich mit der drahtlosen und kabellosen Energieübertragung beschäftigen, Drahtlose Energieübertragungsverfahren 5
  • 6. Smart Energy von denen einige vielversprechend sind. Ein Konzept der drahtlosen Energieübertragung basiert auf Induktion, ein weiteres nutzt Funktechniken und ein drittes die Lasertechnik. Beim erstgenannten Konzept wird die Energie mittels induktiver Kopplung vom Energiesender zum Energieempfänger übertragen. Bekannte Beispiele hierfür sind elektrische Zahnbürsten und RFID. Neuere Entwicklungen nutzen die Induktionstechnik für das Aufladen der Akkus in Mobilgeräten, in iPods, iPhones, Smartphones, Handys. Diese Techniken benutzen Ladematten auf die die Geräte Experimenteller Aufbau einer Energieübertragung nach dem gelegt werden und sind bekannt als Resonanzprinzip, Foto: cnet.de Powermat oder Power-Pad. Abweichende Konzepte basieren auf dem Resonanzprinzip. Hierfür sind als Beispiele WiTricity und Wireless Resonant Energy Link (WREL) von Intel zu nennen. Die funktechnischen Konzepte arbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die von den Energieempfängern empfangen und umgesetzt werden. Airnergy ist ein solches funkbasiertes Konzept, das allerdings wie alle Übertragungstechniken physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterliegt. Diese schränken die Ausdehnung insofern ein, als dass die Feldstärke linear mit 6
  • 7. Smart Energy der Entfernung zwischen Energiesender und Energieempfänger abnimmt, und die Leistungsdichte sogar quadratisch. Das dritte Laser-basierte Konzept, das bekannt ist als PowerBeam und dessen Technologie WiTrichy heißt, beamt Energie mittels Laser zum Energieempfänger, der die Wärme des Laserstrahls in eine Solarzelle in Energie umwandelt. Ganz so neu ist die drahtlose Energieübertragung auf Funkbasis allerdings nicht. Bereits Mitte des letzten Jahrhunderts gab es das Phänomen, dass in Häusern in der Nähe von Langwellensendern Glühlampen leuchteten, ohne dass der Strom eingeschaltet war. Dieses Phänomen basierte darauf, dass die elektrische Verkabelung eine Langwellenantenne bildete und die hohe Sendeleistung, die mehrere hundert Kilowatt betrug, umsetzte. In anderen Fällen nutzten Findige den Gartenzaun als Antenne. Heute geht es dagegen um Sendeleistungen von einigen wenigen Watt. EIB, European Die europäische Union hat mit dem europäischen Installationsbus (EIB) einen Standard für die installation bus Gebäudeautomation und das Gebäudemanagement festgelegt. Der Standard ist für Wohn- und Europäischer Zweckbauten und soll die vorhandenen herstellereigenen Bussysteme ersetzen und einbinden. Installationsbus Der EIB-Bus ist ein Bussystem, das alle Sensoren und Aktoren in Gebäuden miteinander verbindet und über das die Steuersignale für diese Komponenten betrieben werden. Im Einzelnen handelt es sich bei den Sensoren um Bewegungsmelder, Temperaturfühler, Brandmelder, Windstärkemesser, Lichtmesser usw., bei den Aktoren primär um Motoren und Schalter. Das EIB-Konzept nutzt für die Sensor- und Steuersignale ein separates UTP-Kabel der Kategorie 5 und ein spezielles Protokoll. Die Steuerspannung für die Sensoren und Aktoren 7
  • 8. Smart Energy läuft über das UTP-Kabel. Lassen die bautechnischen Voraussetzungen eine separate Verkabelung nicht mehr zu, bieten sich als Alternativen Powerline an, sowie eine Funk- oder Infrarot-Verbindung. Die Struktur der EIB-Verkabelung kann in Bus-, Stern-, Linien- oder Baumtopologie erfolgen. Die einzelnen Linien werden über Linienkoppler, die sich in den Verteilerkästen befinden, mit einander verbunden. An einer Linie sind Sensoren und Aktoren gleichermaßen angeschlossen, die über das IP-Protokoll mit so genannten Telegrammen, das sind die von der Datenkommunikation her bekannten Datagramme, versorgt werden. Die Telegramme enthalten eine Nutzdateninformation von 8 Bit. Insgesamt kann eine solche Konstellation aus 15 Bereichen und 15 Linien mit jeweils 256 Stationen bestehen. Dementsprechend benutzen die Stationen für die Adressierung die Dotted Decimal: Notation Bereich.Linie.Station, Beispiel: 12.4.122. Bereich 12, Linie 4, Station 122. Die Datenrate beträgt bei der Übertragung über UTP-Kabel 9,6 kbit/s. Die Öffnung nach außen erfolgt über das IP-Protokoll, damit das Gebäude- und Facility-Management auch von ausgelagerten Standorten aus über Festnetze und Mobilfunknetze erfolgen kann. Alle Diagnosevorgänge und Fehlermeldungen können von dann von einer Zentrale aus dezentral gesteuert werden. Diese zentrale Leitstelle nimmt alle Störmeldungen, Warnhinweise und Alarme entgegen und kann darauf entsprechend reagieren. Energy Harvester Energy Harvester sind autarke Energiequellen, die kleinste physikalische Größen wie energy harvester Temperaturdifferenzen, Magnetfeldänderungen, Vibrationen oder Licht in elektrische Energie umsetzen und anstelle von Batterien eingesetzt werden können. Typische Energy Harvester sind Fotozellen, Magnetfeldsensoren und Thermogeneratoren, die kleinste Energiemengen im 8
  • 9. Smart Energy Milli- und Mikrowatt-Bereich generieren. Energy Harvester können für die Versorgung von Funksensoren benutzt werden, die sich an entlegenen oder schwer zugänglichen Stellen befinden. Die von Energy Harvestern erzeugten Spannungen liegen im Millivolt-Bereich und müssen, bevor sie für die Versorgung elektronischer Schaltungen eingesetzt werden, in eine höhere Spannung umgesetzt und nach Möglichkeit auch gespeichert werden. Dafür gibt es Gleichspannungswandler (DC/DC), die auf Eigenresonanz basieren und aus Eingangsspannungen von einigen Millivolt Ausgangsspannungen von mehreren Volt erzeugen. Energienutzungsmöglichkeiten beim Energy Harvesting 9
  • 10. Smart Energy Damit die Versorgung auch dann gesichert ist, wenn das Energy Harvesting keine Energie liefert, haben entsprechende DC/DC-Chips Ladekondensatoren, in der die Energie gespeichert wird. Energy Harvesting Energy Harvesting steht für Energieernte. Darunter versteht man die Energiegewinnung aus energy harvesting ambienten Energiequellen, das können geringste Luftströmungen sein, die Änderung der Umgebungstemperatur, eine Vibration oder ein Tastendruck. Das Harvesting bezieht sich auf kleinste natürliche Energiequellen, deren Energie akkumuliert und gespeichert wird. Die gespeicherte Energie kann dann in der Form abgerufen werden, die für die jeweilige Versorgung benötigt wird. Energy Harvesting nutzt Wandler, die nach bekannten Effekten arbeiten wie dem Piezo-Effekt, Hall-Effekt oder dem Peltier-Effekt. Es kann sich um Thermogeneratoren handeln, um spezielle Antennen, CCD-Sensoren, Heatpipes oder Solarzellen, die Temperaturdifferenzen, Luftströmungen, Lichtunterschiede, Magnetfeldänderungen, elektromagnetische Strahlungen oder mechanische Kräfte in elektrische Energie umzusetzen. Diese Miniaturkraftwerke, auch als Energy Harvester bezeichnet, erzeugen geringste elektrische Leistungen, die im Mikro- und Milliwatt-Bereich liegen. Die kleinen Energy-Harvesting- Komponenten sind so konzipiert, dass sie Thermogenerator, Foto: Fraunhofer Institut autonom arbeiten und anstelle von Batterien oder 10
  • 11. Smart Energy Akkus eingesetzt werden können. Das bedeutet auch, dass diese Komponenten unter Umständen auch autark und unkontrolliert arbeiten. Die Technik des Energy Harvesting ist bereits von früheren Jahren her bekannt aus Taschenrechnern mit kleinen Fotozellen oder Armbanduhren, in denen die kinetische Energie aus der Armbewegung genutzt wird. Neuere Einsatzbereiche sind autarke Funksensoren, wie sie beispielsweise in ZigBee, WirelessHART oder anderen Sensornetzwerken eingesetzt werden. Das hat auch den Vorteil, dass die Funksensoren nicht von Batterien und deren Lebensdauer abhängig sind und keine Wartung benötigen. Die derzeitigen Entwicklungen der Energy-Harvesting-Komponenten zielen auf autonome Kleinstkomponenten, Micro Energy Havestern, die überall energieautark eingesetzt werden können. Die Einsatzbereiche reichen von der Medizintechnik über die Automotive- und Automatisierungstechnik bis hin zur Gebäudeautomation in intelligenten Häusern. Die mittels Energy Harvesting gewonnene Spannung kann mit Gleichspannungswandlern auf eine höhere Spannung umgesetzt werden. MDM, meter data Das Meter Data Management (DMD) ist das zentrale Datenmanagement des Smart Metering. management Es stellt das Bindeglied zwischen der Prozessdatenverarbeitung und der unternehmensweiten Informationsverarbeitung dar und stellt beiden Seiten entsprechende Funktionen zu Verfügung. So verarbeitet es die Verbrauchsdaten von AMI-Systemen, in die die Analysewerte einzelner Verbrauchstellen einfließen, des Weiteren die von anderen Marktteilnehmern, von Fremdanwendern und Messdienstleistern. Das Meter Data Management kann als Berechnungsautomat angesehen werden, der über Kommunikationsnetze seine Ergebnisse anderen Anwendungen zur Verfügung stellt. So für die 11
  • 12. Smart Energy Bearbeitung von Prognosedaten oder die Abrechnungsvorbereitung anhand der elektronisch erfassten Verbrauchswerte. Powerline Powerline Communication (PLC) ist eine Technik mit der Sprache, Daten und Video über das PLC, powerline Stromnetz übertragen werden können. Diese Technik kann im Anschlussbereich zur communication Überbrückung der Last Mile und in Home-Networks eingesetzt werden. Das Powerline-Netz besteht aus dem Netz für den Anschlussbereich, das bis zur Trafostation für den Niederspannungsbereich reicht, und dem Inhouse-Bereich bis zu den Steckdosen. Mit Powerline kann ein interaktiver Zugang zu den Telekommunikationseinrichtungen geschaffen werden. Die Voraussetzungen für den Einsatz von Energieverteilnetzen für die Nachrichtentechnik setzt die Kenntnis der übertragungstechnischen Parameter voraus. Dabei sind neben den Parametern des Übertragungskanals wie der Eingangs- und Ausgangsimpedanz, des Frequenzbereichs, die Impedanzstoßstellen zu nennen in Form von Gebäudeverteilern, Abzweigungen, Sicherungskästen und Steckdosen, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Übertragungsverhalten haben. Darüber hinaus beeinträchtigt das Störverhalten durch das Ein- und Ausschalten von Geräten den Nachrichtentransport über ein Energieverteilnetz maßgeblich. Aus den genannten Gründen kann Powerline nur für Entfernungsbereiche von Powerline-USB-Adapter von Zeus 300 Meter eingesetzt werden; mit Repeatern (PNR) 12
  • 13. Smart Energy erhöht sich die Entfernung auf 500 m. Untersuchungen haben gezeigt, dass Energieverteilnetze bis hin zu Grenzfrequenzen von 30 MHz nutzbar sind und je nach Sendeleistung Entfernungen von einigen hundert Metern auf der Niederspannungsebene überbrückt werden können. Da die Niederspannungsebene eine Baumtopologie aufweist, müssen sich alle aktiven Nutzer die Bandbreite teilen. Geht man einmal von einigen hundert Haushalten aus, liegt die tatsächlich erreichbare Geschwindigkeit im Bereich der Analogmodems und kommt damit für die Nutzung als interaktiver Verteildienst nicht in Frage. Die Datenraten für Powerline-Übertragungen liegen bei 14 Mbit/s, mit Breitband-Powerline werden Datenraten von bis zu 200 Mbit/s im In-House-Bereich erzielt. Übertragungstechnisch erfolgt die Powerline-Übertragung mit verschiedenen Modulationsverfahren in von der CENELEC standardisierten Frequenzbändern. IEEE hat sich ebenfalls des Themas Powerline angenommen und die Arbeitsgruppe IEEE P1901 beauftragt einen Standard zu erarbeiten. Die Standardisierungsarbeiten stehen unter der Bezeichnung: Standard for Broadband over Power Line Networks. Darüber hinaus kümmern sich HomePlug, CEPCA und OPERA sowie die global arbeitende Universal Powerline Association (UPA) um Powerline-Standards in Heimnetzen. Powerline-Netz Die Powerline-Technik kann sowohl auf Mittelspannungsleitungen (6,6 kV bis 20 kV) als auch powerline network auf Niederspannungsleitungen eingesetzt werden. Im Niederspannungsbereich wird zusätzlich zwischen Outdoor-Systemen (380 V) und Indoor-Systemen (230 V) unterschieden. Letztere, die auch für Home-Networks genutzt werden können, werden mit PowerNET bezeichnet. Bei Powerline speist man die Telekommunikationsdienste im Bereich einer Trafostation über 13
  • 14. Smart Energy den Netzabschluss (PLT), auch bekannt als Outdoor Access Point (AOP), und die Powerline Network Unit (PNU) oder den PLC-Master in das Niederspannungsnetz. Der PLC-Master übernimmt die Versorgung der Häuser mit den Telekommunikationsdiensten über das Niederspannungsnetz. Jedes Haus hat einen PLC-Hauskoppler, über den die Stromversorgung mit aufmodulierten Powerline-Interface, Foto: Powerhouse Kommunikationsdaten im Haus verteilt wird. An den Steckdosen sind Adapter angebracht, die den Kommunikationsstrom aus der Netzspannung ausfiltern, der anschließend in einem Modem demoduliert wird. Die Powerline- Technik kann sowohl auf Mittelspannungsleitungen (6,6 kV bis 20 kV) als auch auf Niederspannungsleitungen eingesetzt werden. Im Niederspannungsbereich wird zusätzlich zwischen Outdoor-Systemen (380 V) und Indoor-Systemen (230 V) unterschieden. Letztere, die auch für Home-Networks genutzt werden können, werden mit PowerNET bezeichnet. Bei Powerline speist man die Telekommunikationsdienste im Bereich einer Trafostation über den Netzabschluss (PLT), auch bekannt als Outdoor Access Point (AOP), und die Powerline Network Unit (PNU) oder den PLC-Master in das Niederspannungsnetz. Der PLC-Master übernimmt die Versorgung der Häuser mit den Telekommunikationsdiensten über das Niederspannungsnetz. Jedes Haus hat einen PLC-Hauskoppler, über den die Stromversorgung mit aufmodulierten Kommunikationsdaten im Haus verteilt wird. 14
  • 15. Smart Energy An den Steckdosen sind Adapter angebracht, die den Kommunikationsstrom aus der Netzspannung ausfiltern, der anschließend in einem Modem demoduliert wird. Powerline-Übertragung Die Übertragung in Powerline erfolgt mit verschiedenen Modulationsverfahren in powerline transmission standardisierten Frequenzbändern. Die Service Provider verwenden zwei Verfahren: Schmalband- und Breitband-Modulation. Die Schmalband-Übertragung stellt zwar nur eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100 kbit/s zur Verfügung, hat aber den Vorteil der geringeren Störanfälligkeit. Als Modulationsverfahren werden dabei die Frequenzumtastung (FSK) oder die Quadratur-Phasenmodulation (QPSK) verwendet. Daneben wird bei der Breitbandübertragung OFDM eingesetzt. Dieses Verfahren lässt sich im Rahmen der europäischen CENELEC-Norm nicht einsetzen. Die CENELEC hat in der Norm EN 50065 fünf Kommunikationsbänder für Energieverteilnetze mit unterschiedlichen Zugangsvoraussetzungen festgelegt, die so genannten CENELEC- Bänder. Diese fünf Frequenzbänder werden mit den Buchstaben „A“, „B“, „C“ und „D“ bezeichnet, das unterste Frequenzband hat keine Bezeichnung. Von den fünf genormten Frequenzbändern im Frequenzbereich von 3 kHz bis 148,5 kHz sind drei Bänder für CENELEC-Frequenzbänder nach EN 50065-1 für das Stromnetz Kommunikationsdienste 15
  • 16. Smart Energy innerhalb der Gebäude vorgesehen: Das unterste Frequenzband und das A-Band liegen unterhalb von 95 kHz und werden für Datenanwendungen der Energieversorger genutzt. Das B-Band von 95 kHz bis 125 kHz, das C-Band von 125 kHz bis 140 kHz und das D-Band von 140 kHz bis 148,5 kHz sind für private Nutzung innerhalb von Gebäuden vorgesehen. Bei optimalen Bedingungen können Datenraten von bis zu 300 kbit/s erreicht werden. Für höhere Übertragungsgeschwindigkeiten sind in Powerline Frequenzen zwischen 1,6 MHz und 30 MHz. Für den Indoor-Bereich ist der Frequenzbereich von 1,6 MHz bis 13 MHz vorgesehen, für den Outdoor-Bereich der Frequenzbereich zwischen 15 MHz und 30 MHz. Smart-Grid Mit Smart Grid oder Smart Power Grid werden intelligente Leitungsnetze für die smart grid Stromversorgung bezeichnet, die die Energieversorgung der Energieeinspeisung und dem Verbrauch anpassen. Bei diesen Energienetzen geht es um eine bedarfsgerechte und effiziente Energieverteilung von zentral und dezentral eingespeister Energie und um die Steuerung des Verbrauchsverhaltens. Neben dem Lastmanagement geht es auch um die automatisierte Netzverwaltung und -wartung. Smart Grids sollen die stark schwankenden Energieeinspeisungen von Solar-, Wind- und Bio- Anlagen in die vorhandenen Energieversorgungsnetze ausgleichen und außerdem für eine Effizienzerhöhung sorgen. Smard-Grid-Netze können dank ihrer Intelligenz Vorhersagen über die Einspeisung und den Verbrauch erstellen, die Speicherung von überschüssiger Energie steuern und die Stromverteilung an den Verbrauch anpassen. Sie können Einspeisungs- und Verbrauchsprofile erstellen und danach das Energieangebot optimieren. Vom Konzept her handelt es sich bei einem Smart Grid um ein komplexes Netzwerk, in dem alle Datenströme für die Energieversorgung zusammenlaufen. An allen Einspeisepunkten und 16
  • 17. Smart Energy Verbrauchsstellen werden die Daten mittels Sensoren erfasst und der Smart-Grid-Steuerung zur Verfügung gestellt. Das Konzept reicht bis hin zum Endverbraucher, der mit intelligenten Stromzäh- lern, den Smart Metern, ausgestattet wird und mittels Smart Metering sein eigenes Verbrauchsverhalten erfasst und dieses durch spezielle Tarife beeinflussen kann. Für die Kommunikations- infrastruktur bieten sich sowohl IP-Netze wie das Internet an, als auch Mobilfunknetze. Konzeptionelle Komponenten eines Smart Grid Konzeptionell sollen langfristig auch Elektrofahrzeugen in die Energiespeicherung eingebunden werden. Und zwar sollen die Batterien der Elektrofahrzeuge Energie speichern und bei Lastspitzen diese an das Smart Grid abgeben. Smart Lighting Unter der Bezeichnung Smart Lighting gibt es zwei vollkommen unterschiedliche technische smart lighting Ansätze. Während die Beleuchtungsindustrie darunter eine intelligente Lichtsteuerung versteht, geht es im zweiten Fall um eine Bezeichnung für eine drahtlose Netzwerktechnik. 17
  • 18. Smart Energy Smart Lighting, die automatische oder smarte Beleuchtungssteuerung, ist ein Konzept für die Heimbeleuchtung bei dem mittels Fernbedienung die Helligkeit von Decken- und Wandlampen nach den Wünschen und Vorstellungen des Benutzers gesteuert werden kann. Die Smart- Lighting-Beleuchtung kann automatisch helligkeits- und zeitbezogen eingestellt werden. Smart Meter Ganz allgemein ist ein Smart Meter ein intelligenter Zähler für Energie. In der Bezeichnung wir Intelligenter Zähler kein Unterschied gemacht, ob es sich um einen intelligenten Strom-, Wassre- oder Wärmezähler handelt. Das Smart Meter erfasst den Energieverbrauch. Es arbeitet digital, ist mit eigener Intelligenz ausgestattet und soll nicht nur den Energieverbrauch speichern, sondern auch beim Energiesparen helfen. Da zukünftig die Energiepreise während der Woche und während des Tages nach Angebot und Nachfrage geregelt werden sollen, kann das Smart Meter in Verbindung mit dem Automated Meter Management (AMM) insofern einen Beitrag zur Kostenreduzierung leisten, indem es Verbrauchergeräte mit hohem Leistungsverbrauch nur bei günstigen Energiepreisen einschaltet. Das bedeutet beispielsweise, dass in einem Haushalt die Waschmaschine oder der Trockner vorwiegend nachts betrieben werden. Dadurch kann der Verbraucher Energie und Kosten sparen. Zu diesem Zweck werden die Verbrauchsstellen über den M- Smart Metering, Foto: Lerchwerke Bus mit dem Smart Meter verbunden. Dieses überwacht 18
  • 19. Smart Energy nicht nur die Verbrauchsstellen, sondern dient funktional als Gateway zum Energieversorger indem es auch den Energieverbrauch über die Energieverteilnetze, später über die Smart Grids, zu den Zentralen der Energieversorger überträgt und damit die Funktion der Fernablesung erfüllt. Diese Übertragung übernehmen drahtgebundene Systeme oder auf Funktechnik basierende AMI-Systeme, das steht für Advanced Metering Infrastructure, über die die gemessenen Verbrauchsdaten zu den Energieversorgern übertragen werden. Smart Metering Smart Metering steht für intelligentes Messwesen. Es ist eine innovative Technologie, die smart metering aufgrund des im Deutschen Bundestag in 2008 verabschiedeten Energie- und Klimaschutzpaketes entwickelt wurde. Im Rahmen des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) von der Bundesregierung ist Smart Metering für 2010 zwingend in Neubauten Smart-Meter-Funktionen vorgeschrieben. 19
  • 20. Smart Energy Smart Metering schafft in Kombination mit Smart Meter, den intelligenten Stromzählern, und den Smart Grids, den intelligenten Stromnetzen, die Voraussetzungen um die Stromerzeugung kurz- und mittelfristig besser auf den Strombedarf und das Verbrauchsverhalten anpassen zu können. Die Energiemessung spielt dabei eine wesentliche Rolle für die Ermittlung des Strombedarfs. Mit Smart Metering wird zeitabhängig der eigene Verbrauch erfasst. Die vom Smart Meter ermittelten und an den Energieversorger weitergeleiteten Verbrauchswerte fließen in das Kapazitätsmanagement der Smart Grids ein, können zur Verbesserung der Tarifmodelle herangezogen werden und sollen für einen sparsameren Umgang mit Energie sorgen. Die verbrauchsbezogenen Daten können auch für Prognosen und die Bedarfsentwicklung herangezogen werden. Durch tageszeitabhängige Tarife können Verbraucher leistungsstarke Verbrauchsgeräte immer dann betreiben, wenn die tageszeitabhängige Tarifierung ihnen Vorteile bringt. Es gibt verschiedene Konzepte für die Datenübertragung hin zum Energieversorger. Dies kann über Web-Interfaces und das Internet erfolgen; die Messdaten können aber ebenso über lizenzfreie Funkfrequenzen oder über Mobilfunknetze übertragen werden und auch über die Stromnetze mittels Powerline und die darin vorgesehenen Cenelec-Frequenzbänder. 20
  • 21. Impressum Energy Smart Herausgeber Klaus Lipinski Datacom-Buchveralg GmbH 84378 Dietersburg ISBN: 978-3-89238-171-6 Impressum Smart Energy E-Book, Copyright 2010 Alle Rechte vorbehalten. Keine Haftung für die angegebenen Informationen. Creative Commons Namensnennung- Keine Kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland Hinweis — Im Falle einer Verbreitung müssen Sie anderen alle Lizenz- bedingungen mitteilen, die für dieses Werk gelten. Das E-Book darf nur dann auf fremde Webseiten gestellt werden, wenn ein Backlink auf www.itwissen.info gesetzt ist. Layout & Gestaltung: Sebastian Schreiber Produktion: www.media-schmid.de Weitere Informationen unter www.itwissen.info 21