Measurement and Metering Facilities as Enabling Technologies for Smart Electricity Grids in Europe

 

Abgeschlossenes Projekt

 

Das Forschungsprojekt zum Thema Smart Electricity Grid wurde für Sectoral e-Business Watch (SeBW) 2009 in Zusammenarbeit mit dem Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS) durchgeführt. Der resultierende Bericht konzentriert sich sowohl auf technische als auch ökonomische Aspekte. Einerseits konnten so erfolgreich die Ressourcen des Research Centers genutzt werden, gleichzeitig war die Interdisziplinarität des Ansatzes eine Bereicherung für die Studie.

In der Studie werden Niedrig- und Mittelspannungsebenen untersucht, welche mit der Perspektive des Konsumenten und des Verteilungsnetzes übereinstimmen. Die Idee des Smart Grids besteht darin, die Leistungsfähigkeit des Netzes zu verbessern und damit eine Verschiebung der sonst kritischen Investitionen zu ermöglichen. Für die Konsumenten geschieht das durch Demand Side Management (DSM). Ein differenziertes „Pricing“ und Abschalten sollen die Befriedigung der Nachfrage ermöglichen und das Netz bei Spitzenlastzeiten entlasten. Die große Herausforderung für das Verteilungsnetzwerk ist dagegen, dieses auf die steigende dezentrale Erzeugung vorzubereiten. Das erfordert die Anpassung des Sicherheitssystems und eine intelligente Kommunikation des Systems.

Der Ausbau von Niedrigspannungssystemen leidet unter mangelnder Standardisierung, wie z.B. bei der Installation von „smarten“ Messgeräten. Industrie und Versorgungsunternehmen leiden unter hohen Investitionsunsicherheiten. Jedoch wurden hier besonders von Seiten der Politik ernsthafte Anstrengungen unternommen, um das Problem zu lösen. Verwiesen sei auf die Europäische Union, europäische Institutionen und einzelne europäische Länder.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Akzeptanz der Nutzer. Es gilt als bewiesen, dass monetäre Anreize alleine nicht für eine exakte Befriedigung der Nachfrage ausreichen. Einige Konsumenten weisen die Befriedigung der Nachfrage komplett ab, weil sie den Versorgungunternehmen nicht vertrauen. Es wird daher nahegelegt durch politische Unterstützung die Situation zu entschärfen und das Vertrauen durch Informationen für Konsumenten zu erhöhen.

Das vieldiskutierte Thema eines angemessenen Datenschutzes betrifft auch die intelligente Messung. Von den Konsumenten werden sensible Daten gesammelt, so dass Regeln verankert werden müssen, die den Konsumenten schützen und den Versorgungsunternehmen und anderen Marktakteuren die Möglichkeit der Nutzung der Daten und damit einen größtmöglichen Freiheitsgrad für einen reibungslosen Betrieb zu bieten.

Bei Mittelspannungssystemen spielt die Messgenauigkeit eine weniger wichtige Rolle, der Standardisierung aber kommt eine ebenso hohe Bedeutung zu. Besonders betrifft das die Kommunikation, die „Synchrophasor“-Messgeräte (z.B. zur zeitlichen Synchronisierung) und Synchronisierungssysteme (z.B. das Precision Time Protocol, PTP). Tatsächlich gibt es verschiedene Standards für alle wichtigen Faktoren des Systems. Allerdings unterscheidet sich die Situation durch mangelnde Koordination und Einigkeit nicht allzu sehr von der des Niedrigspannungssystems.

Die größte Herausforderung bei Mittelspannungssystemen sind die bi- oder multidirektionalen Informationsflüsse. Hier wird nämlich die Nutzung von Intelligent Electronic Devices (IEDs) erforderlich, welche als Gegenstück zu den intelligenten Messgeräten in Mittelspannungsnetzen bezeichnet werden können. Unterstützend für den Ausbau der IEDs wirkt sich aus, dass aktuelle Messgeräte ohnehin am Ende ihrer Lebensdauer stehen. Sie können daher schrittweise erneuert werden.

Für beide Systeme wird die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle erwartet. So werden Plug-in- Hybrid-Fahrzeuge, virtuelle Kraftwerke und „Microgrids“ in naher Zukunft eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Konsumenten werden außerdem beeinflusst von differenzierter Preisgestaltung und von Zwischenhändlern, welche Dienstleistungen, wie die Finanzierung, Installation und Wartung von Erzeugereinrichtungen oder die Bewilligung zur Teilhabe an einem virtuellen Kraftwerk anbieten.

Ebenso Teil des Projektes sind zwei Fallstudien. Die erste nutzt die Erfahrung von ENEL, dem größten Stromversorger in Italien. Das Unternehmen startete schon 2001 den Ausbau und stellte eine recht hohe Akzeptanz von immerhin 57% der Abnehmer fest, die ihr Konsumverhalten veränderten. Außerdem schienen sich die Abnehmer sehr um ihre Energienutzung zu sorgen und überprüften regelmäßig ihr Konsumprofil und die Kosten auf ihren Innengeräten.

Die andere Fallstudie untersucht die mögliche Optimierung der Anzahl und des Ortes von IEDs in einem Mittelspannungsnetz. Die üblichen Abzweigungen aller möglichen Netzwerkkonfigurationen wurden dabei berücksichtigt und mit Wahrscheinlichkeiten gewichtet. Entsprechend der gewünschten Zustandsmessung und der gegebenen Genauigkeit der einzelnen Geräte kann die Anzahl der installierten Geräte an den identifizierten Orten auf die notwendige Anzahl minimiert werden. Das ist insofern wichtig, als dass die Geräte treibende Kostenfaktoren sind und die IED Investitionen mit Hilfe eines solchen Ansatzes merklich reduziert werden können.

Neben der Projektkoordination hat das FCN wirtschaftliche, verbraucherorientierte sowie institutionelle Aspekte untersucht, während sich das ACS auf technische Fragen konzentriert hat. Besonders danken wir Carlos Muscas von der University of Cagliari (Italien) für die Erstellung seines Beitrages.

Literatur

Madlener R., Liu J., Monti A., Muscas C., Rosen C. (2009). Measurement and Metering Facilities as Enabling Technologies for Smart Electricity Grids in Europe, Special Study No. 1/2009, Sectoral e-Business Watch, Oktober.

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Prof. Dr. Reinhard Madlener

Institutsleiter FCN

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