Energieversorgung
Was macht das Stromnetz von morgen intelligent?
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Kommunikation macht intelligent
Insgesamt lassen sich vier Kommunikationsbereiche unterscheiden:
- 1. im Netz: EVU ⇔ Datensammler/ Zähler
- 2. intern: Zähler ⇔ Datensammler untereinander
- 3. im Haus: zum Datensammler
- 4. außerhalb des Hauses: Elektroauto ⇔ Haus oder Datensammler
Wichtig ist, dass die Entwicklung von herstellerunabhängigen und offenen Standards die Interoperabilität gewährleistet. Die hierfür nötige Technik darf nicht über Patente an ein oder mehrere Unternehmen gebunden sein. In den vier verschiedenen Kommunikationsbereichen gibt es unterschiedliche Anforderungen und Standards.
1. Kommunikation im Netz
Hier geht es vor allem darum, die Verbrauchszähler – auch Gas, Wasser etc. – zeitnah ablesen zu können. Eine Ablesung alle 15 Minuten ist hier denkbar – anstatt nur einmal pro Jahr, wie bisher üblich. Eine der vielversprechendsten Kommunikationstechniken hierfür ist die moderne niederfrequente OFDM-Schmalband-PLC (Orthogonal Frequency Domain Multiplex Schmalband Powerline-Communication). Diese wird im Cenelec-A-Band (3 kHz bis 95 kHz) stattfinden, das europaweit für Energieversorgungsunternehmen reserviert ist. Der PRIME-Standard (Powerline Intelligent Metering Evolution) ist einer der prominentesten Vertreter. In Spanien werden noch in diesem Jahr voraussichtlich 100 000 solche Elektrizitätszähler im Rahmen eines Pilotversuches ans Netz gehen.
Auch Texas Instruments ist als Zulieferer mit dabei – mit Chipsets auf Basis der C2000-Mikrocontroller-Familie und analogen ICs wie dem Operationsverstärker OPA564. Die TI-Bausteine unterstützen auch den G3-Standard – die französische Variante der OFDM-Schmalband-PLC-Technik. Da sich die beiden Varianten in gewisser Weise ähneln, wird von einer Konvergenz bei der Weiterentwicklung dieser beiden Standards ausgegangen.
2. Kommunikation zwischen Zähler und Datensammler
In Deutschland setzt man auf einen externen Datensammler, genannt MUC (Multi Utility Controller), der mit Strom-, Gas-, Wasser-, Wärmezähler und Heizkostenverteiler kommuniziert. Diese Kommunikation von Zähler zu Zähler oder Zähler zu Datensammler läuft dabei in Europa meist über den drahtgebunden M-Bus – Europäische Normen EN 13757-2 [4] und EN 13757-3 [5] – oder den drahtlosen M-Bus (EN 13757-4 [6]).
Für beide Anwendungsfälle gibt es schon seit geraumer Zeit Bausteine von Texas Instruments, wie z.B. den TSS721A für den drahtgebunden M-Bus und die Funk-Tansceiver CC1101 oder CC430 für die Funk-Variante des M-Bus bei 868 MHz.
3. Kommunikation im Haus
Dieser Teilaspekt, der intelligente Häuser und intelligente Stromnetze zusammenbringt, läuft unter dem Stichwort »Demand Response« oder »Smart Demand« und beschäftigt sich damit, wie energiebetriebene Geräte im Haus – z.B Waschmaschine, Wärmepumpe, Kühlschrank usw. – intelligent gesteuert werden können.
Im Rahmen des E-Energy-Projektes obliegt dabei der Kellendonk Elektronik GmbH [7] die Entwicklung intelligenter Elektronikbausteine, die Informationen zu den geplanten zeitlich variablen Tarifen der Energieversorger über eine Datenautobahn einer Vielzahl an smarten Geräten für die energiesensitive Steuerung zur Verfügung stellen werden.
Dazu wird der so genannte »EEBus«, eine Kombination aus existierenden Bus-Kommunikationssystemen mit neuartigen Energiemanagementfunktionen, entwickelt. Damit soll die Vision einer herstellerunabhängigen Gerätevernetzung realisiert werden. Diese unabhängige Vernetzung von Geräten ist für ein umfangreiches, energiesensitives Gerätemanagement – sowohl im privaten Haushalt als auch in der Industrie – ein notwendiger Baustein. Es ermöglicht ein Energiemanagement, das auf Preisanreize reagieren kann und die Energieaufnahme einzelner Geräte in eine energiereiche Zeit (= preiswerterer Tarif) verlagert. Auch Stomspitzen können so vermieden werden, indem z.B. der Kühlschrank sich ausschaltet, solange der Teekocher läuft. Texas Instruments und die Kellendonk Elektronik GmbH werden sich bei Entwicklungsprojekten gegenseitig unterstützen. Kommunikationstechniken für diesen EEBus werden, unter anderem, auch wieder Schmalband- OFDM-PLC sein – hier allerdings im Cenelec-B-Band (95 kHz bis 125 kHz) – und auch bestehende Funktechniken wie ZigBee, KNX etc. mit einbinden.
4. Kommunikation zum Elektromobil
Hier sind die Standards erst im Entstehen – in Arbeitsgruppen der SAE (Society of Automotive Engineers [8]) in Nordamerika und der ISO und IEC in Europa und Japan. Es spricht einiges dafür, dass zukünfige Elektroautos über ein Netzanschlusskabel geladen werden. Somit würde sich auch hier Powerline auf Basis von Schmalband- ODFM-PLC-Techniken für das Cenelec- B-Band anbieten, da diese in weiten Teilen des intelligenten Stromnetzes Verwendung finden werden, heute schon verfügbar und für den Einsatz in einem Auto qualifiziert oder qualifizierbar (Q100) sind.
Allerdings ist es hier noch zu früh, um mit Sicherheit zu sagen, welcher Standard sich durchsetzen wird. Obwohl sich mehr und mehr einheitliche Kommunikationsstandards (Tabelle) abzuzeichnen scheinen, gibt es im Detail noch viele offenen Fragen, die geklärt werden müssen, bevor die intelligenten Stromnetze im großen Stil Realität werden. Hierzu zählen Sicherheitsfragen (AES128/256-Verschlüsselung), Fragen zur IP-Fähigkeit (IPv4 oder IPv6), Fragen zu Latenzzeiten, zur Robustheit, zu Reichweiten und auch zur Qualifizierbarkeit von Produkten. Somit kann heute noch niemand genau sagen, wann diese intelligenten Netze Realität werden.
Aber kaum jemand zweifelt heute noch an der Notwendigkeit von intelligenten Stromnetzen – ebenso wenig wie an der Notwendigkeit, mit Energie besser zu haushalten, die Verschwendung zu senken und immer mehr auf erneuerbare Energien zu setzen.
- Was macht das Stromnetz von morgen intelligent?
- Bausteine für Energy Harvesting und Elektrizitätszähler
- Kommunikation macht intelligent
- Literatur und Autor
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