Smart Metering und Gebäudesystemtechnik

Smart Metering und Gebäudesystemtechnik – Smart Homes unterstützen Klimaziele Die stetige Zunahme an erneuerbaren Energiequellen führt zu erheblich volatileren Erzeugungsstrukturen und somit zu steigenden Problemen, einen optimierten Netzbetrieb sicherzustellen. Bei einem angestrebten Anteil von 35 % erneuerbarer Energie am Gesamtmix im Jahr 2020 kann es vermehrt zu Regelproblemen kommen, die dann zeitweise nicht mehr durch die üblichen Regelmechanismen abgefangen werden können. 1. Einleitung Neben den Anforderungen einer Erhöhung der Energieeffizienz und einer vorzugsweisen Nutzung erneuerbarer Energie geht es auch um Energieeinsparung. Circa 40 % des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland entfallen auf Gebäude. Das Potenzial ist also groß. Dies beinhaltet sowohl Gewerbeimmobilien als auch die privaten Haushalte. In diesem Beitrag stehen die Haushaltskunden im Mittelpunkt. Sowohl die derzeitige Klimaschutzdebatte als auch die gestiegenen Energiekosten sind für Endkunden ein Anreiz, den eigenen Energieverbrauch zu verringern. Potenziale zum Energiesparen und gezielten Zu- und Abschalten von Verbrauchern sind im Haushaltsbereich hinreichend vorhanden. Viele elektrische Geräte verfügen über Energiespeicher, beispielsweise alle Geräte zur Wärme- oder Kälteerzeugung, aber auch alle Elektrogeräte mit Akkus. Deren Leistungsaufnahme kann ohne Komfortverlust gelegentlich verzögert oder vorgezogen werden. Damit Endverbraucher den eigenen Energieverbrauch optimieren und Kosten einsparen können, müssen eine zeitnahe Messung, Visualisierung und die Schaffung von Kostenvorteilen durch variable Tarife gegeben sein. Sogenannte intelligente Stromzähler schaffen dafür die Voraussetzungen. Mit der Verabschiedung der Novelle des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) im August 2011 gibt es dafür weitergehende Vorgaben. Dabei geht es nicht mehr nur um eine elektronische Messeinrichtung, sondern um Messsysteme, die die Einbindung in ein Kommunikationssystem beinhalten. Der Einsatz solcher Messsysteme – Smart Meter – ist zunächst für Haushalte mit einem Jahresverbrauch 6.000 kWh und gemäß Erneuerbarem-Energie-Gesetz (EEG) für Erzeugungsanlagen mit einer Anschlussleistung ab 7.000 kW gefordert. 2. Smart Metering Smart Metering hat das Ziel, alle Energieverbrauchsdaten einer Kundenanlage zu erfassen, per Fernauslesung abzufragen und zur Verarbeitung für den Kunden bereitzustellen. Smart Metering bei ABB hat zwei Herzstücke: den Zähler und das Daten-Gateway. Der elektronische Haushaltszähler (eHZ) für Elektrizität bietet eine zukunftsfähige Technik mit einer erhöhten Messgenauigkeit. Die sehr kompakte Bauweise und die Stecktechnik ermöglichen die Zählermontage mit zwei Handgriffen: Stecken und Verrasten. Dadurch ist ein schneller, unterbrechungsfreier Zählerwechsel mit einer höheren Arbeitssicherheit gewährleistet. Der Zähler von ABB entspricht der Ausführung gemäß FNN-Lastenheft „elektronische Haushaltszähler“ und FNN-Lastenheft EDL, besitzt eine rückwärtige optische Datenschnittstelle sowie das SML-Protokoll. Er ist somit einsetzbar im Konzept der Multi-Utility-Communication-Referenzplattform (MUC), das den Informationsaustausch zwischen dem Endkunden und Netzbetreiber ermöglicht. Quelle: www.voltimum.de

Der entsprechende Multi-Utility Communication-Controller (MUC-C) kann die Messdaten aller Sparten wie Strom, Gas, Wasser und Wärme erfassen und an den Netzbetreiber senden (Abb. 1). Ebenso kann der MUC die vom Netzbetreiber zukünftig gesendeten Signale, wie Tarifumschaltung oder die Fernabschaltung bei Kundenabmeldungen, weiterleiten. Weiterhin werden über den MUC-C die Visualisierungsdaten zur Anzeige des Energieverbrauchs für den Endverbraucher bereitgestellt. MUC-C von ABB • Kommunikationswege zum NB via GSM, PLC, DSL • Anschluss Smart Meter über RJ 10-Buchse über SML-Protokoll • weitere Smart Meter und Spartenzähler für Gas, Wasser etc. über Wireless M-Bus • Schnittstelle zu Home Automation über KNX-Funk bereits vorhanden Der MUC von ABB hat gegenüber anderen am Markt erhältlichen MUCs den Vorteil, dass er bereits über eine Schnittstelle zu einem Home-Automation-System verfügt und sich somit schon heute für Demand-Response-Anwendungen eignet. Abb 2. veranschaulicht die gesamte mögliche Kommunikationsinfrastruktur. 3. Zählerschrank wird Kommunikationszentrale Die Komponenten für ein modulares Messsystem werden entsprechend den gültigen Anwendungsregeln des FNN in den Zählerschrank integriert. Der Zählerschrank wird somit zur Kommunikationszentrale des Hauses. Durch die kleine Bauart des eHZ in Verbindung mit Befestigungs- und Kontaktiereinrichtungen (BKE), die bei neuen Zählerplätzen werkseitig eingebaut sind (BKE-I), wird erheblich Platz im Vergleich zu herkömmlichen Ferraris-Zählerplätzen eingespart (Abb. 3). Diese Zählerplätze entsprechen den gültigen Normen Für die Nachrüstung von bestehenden Zählerplätzen stehen ein entsprechender Adapter (BKE-A) und ein Raum für Zusatzanwendungen (BKE-AZ), wie z. B. für den MUC-C, zur Verfügung (Abb. 4). 3. Smart Home Idealerweise wird die Energie zu einem möglichst hohen Grad dort genutzt, wo sie eingespeist wird. Unter diesem Aspekt wäre es hilfreich, die Energienutzung dem tatsächlichen Angebot im Netz anzupassen. Hiermit hätte man eine zusätzliche Regelgröße, die es ermöglicht, das Netz bei sporadischen Schwankungen regelbarer zu halten und einen optimierten Netzbetrieb sicherzustellen. Das Schalten von Lasten ist an sich nichts Neues. Es wird in vielen Ländern praktiziert, insbesondere dort, wo man auf eine instabile Netzinfrastruktur trifft. Aufgrund der hervorragenden Versorgungssicherheit in Deutschland waren derartige Lastschaltvorgänge nicht notwendig bzw. sie wurden nur bei industriellen Großverbrauchern genutzt. Durch die volatileren Erzeugungsstrukturen kann in Zukunft ein Lastabwurf oder aber auch der umgekehrte Fall des Hinzuschaltens von Lasten für eine bessere Netzregelung genutzt werden. In Privathaushalten eignen sich nur wenige energieintensive Verbraucher für derartige Schaltvorgänge, wie z. B. ein Wäschetrockner. Zum heutigen Zeitpunkt sind diese Geräte jedoch für ein hartes Quelle: www.voltimum.de

Ein- bzw. Ausschalten nur bedingt oder gar nicht geeignet. Erschwerend kommt hinzu, dass bis dato die technische Infrastruktur für ein derartiges Lastmanagement nicht vorhanden ist. Eine bidirektionale Kommunikationsinfrastruktur ist eine der wesentlichen Grundvoraussetzungen für ein automatisiertes Lastmanagement (Abb. 5). Smart Grids mit Demand Response erfordern Gebäudestrukturen, die wesentlich intelligenter sind als die der existierenden Gebäude – sogenannte Smart Homes. Smart Homes • werden Energieverbräuche und Kosten visualisieren können. • werden in der Lage sein, (erneuerbare) Energie zu liefern. • werden Informationen über den Energieverbrauch übermitteln. • werden unter Berücksichtigung flexibler Tarife auf die Zustände im Smart Grid reagieren und interagieren. • werden durch flexible Tarife in der Lage sein, Energiekosten einzusparen und somit den CO2-Ausstoß zu reduzieren. • werden Lasten an-/ausschalten bzw. Energieverbräuche in günstige Tarifperioden verschieben. 4. Komponenten für Smart-Home-Lösungen Die Grundvoraussetzung für das automatisierte Lastmanagement ist neben der Kommunikationsinfrastruktur ein Smart Meter. Die Kommunikation des Verbrauchs kann in das Haus hinein erfolgen sowie auch nach außen in Richtung des Netzbetreibers. Eine Lösung hierfür ist der bereits beschriebene Multi-Utility Communication-Controller (MUC-C). Die Home-Automation-Schnittstelle kann auch zur Visualisierung von Energieverbrauchsdaten und Kosten genutzt werden. Hierfür bietet Busch-Jaeger verschiedene Displays an. Das Busch-EnergyDisplay (Abb. 6) eignet sich insbesondere für die Nachrüstung in Bestandsimmobilien. Es kann an beliebiger Stelle einen Lichtschalter ersetzen. Zusätzlich erhält man ein Display, das neben Energieverbräuchen und Kosten auch aktuelle und nachfolgende Tarife anzeigen kann, sofern dieser Service seitens des Netzbetreibers zur Verfügung gestellt wird. Busch-EnergyDisplay ® • Display mit Lichtschalter-/Dimmfunktion • Anzeige Energieverbrauch (kWh) und Kosten (€) (Aktuell, Tag, Woche, Monat, Jahr) • Tarifeingabe manuell • Anzeige Tarifvorschau (setzt Service des Netzbetreibers voraus) • Anzeige Abrechnung relevanter Daten via Portal EVU über Rückkanal (setzt Service des Netzbetreibers voraus) • RGB-Hintergrundbeleuchtung zur Statusanzeige • Verbrauchsanzeige für Gas, Wasser, Wärme und Öl Während das Busch-EnergyDisplay ® der reinen Visualisierung dient, kann das Busch-EnergyControl ® (Abb. 7) neben der Visualisierung bereits aktiv in die Home Automation eingreifen und entsprechend zugewiesene Lasten bei Bedarf an- bzw. Quelle: www.voltimum.de

ausschalten. Das Schalten von Lasten kann auch durch Impulse von außen wie z. B. durch einen sich gerade ändernden Tarif oder durch einen Schaltbefehl erfolgen. Neben voll automatisierten Schaltvorgängen kann auch eine manuelle Bedienung über das 8,89-cm(3,5“)-Touchscreen-Display erfolgen. Die integrierte Logik ist ohne Inbetriebnahme-Tool frei programmierbar. Zukünftig werden Endgeräte ihren Status und Informationen an die Hausautomation weitergeben können. Auf die Zustände im Smart Grid reagiert die Hausautomation dann in einer intelligenten Weise, die ein effektives Lastmanagement ermöglicht. Aber schon heute ist Lastmanagement mit den beschriebenen Produkten machbar. Abbildung 1: MUC-C von ABB Abbildung 2: ABB/Busch-Jaeger Smart-Metering-System Quelle: www.voltimum.de

Abbildung 3: Zählerschrank mit eHZ, Raum für Zusatzanwendungen und MUC-C von Striebel & John (ABB) Abbildung 4: BKE-AZ mit eHZ und MUC-C von Striebel & John (ABB) Abbildung 5: Lastmanagement-Interaktion zwischen Smart Grid und Smart Home – Demand Response Quelle: www.voltimum.de

Abbildung 6: Busch-EnergyDisplay Abbildung 7: Busch-EnergyControl Quelle: www.voltimum.de