Smart Metering und Energiemanagement

Messen – Vorhersagen – Verbessern

Der Aufbau von intelligenten Stromnetzen, sogenannten Smart Grids, ist für die Energiewende unerlässlich. »Smart« werden die Netze durch die Informations- und Kommunikationstechnik. Sie vernetzt Stromerzeuger, -speicher und -verbraucher und ermöglicht eine intelligente Steuerung aller Komponenten und des Gesamtsystems. Das IT4Energy-Zentrum entwickelt Informations- und Kommunikationslösungen für eine optimale Nutzung vorhandener Ressourcen und sorgt für eine datenschutz- und standardkonforme Vernetzung. Besondere Berücksichtigung finden hierbei die Vorgaben des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) für das Smart Meter Gateway sowie die Integration von Sensorik und Heimautomatisierung.

Eine zentrale Aufgabe ist es, die hohe Innovationsgeschwindigkeit des Forschungsgebiets der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) mit den derzeitigen und zukünftigen Herausforderungen der Energiewirtschaft zu vereinen. Die Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt Produkte und Prozesse von der ersten Idee bis zur technologischen und ökonomischen Reife.

Smart Metering

Vom Stromanbieter bis zum Endgerät sollen langfristig alle Energie-Akteure in ein intelligentes Stromnetz (»Smart Grid«) integriert werden. Smart Meter erfassen die dafür benötigten Messdaten, die Informationen über Verbrauch und Produktion liefern. Die erfassten Werte werden über verschiedene Kommunikationsschnittstellen zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt, wobei strenge Anforderungen an Sicherheit und Privatsphäre zu beachten sind. Um die Messdaten direkt mit dem Netzwerk rückzukoppeln, forscht IT4Energy an der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. Messwerte sollen dabei automatisch in das System zurückfließen und so eine selbstverwaltete und effiziente Steuerung der ans Netzwerk angeschlossenen Geräte ermöglichen.

Energiemanagement

Die Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie schwankt sehr stark. Da sie sich kaum steuern lässt, ist der Energieverbrauch gemäß dem Motto »Last folgt Produktion« der Energieerzeugung anzupassen. Zudem kann überschüssige Energie zwischengespeichert werden, um damit spätere Unterdeckungen auszugleichen. Ein besseres Energiemanagement reduziert somit das Vorhalten und Nutzen meist fossiler Regelenergie und trägt letztlich zur Netzstabilität bei.

Für das Lastmanagement setzen die Forscher von IT4Energy constraint-basierte Scheduling- und Entscheidungsverfahren sowie entsprechende Programmierparadigmen ein. So können alle wesentlichen Randbedingungen und Freiheitsgrade bei der Steuerung und Optimierung berücksichtigt werden. IT4Energy hat in diesem Bereich hocheffiziente Operations Research-Methoden entwickelt, implementiert und praktisch eingesetzt. Ergänzt durch flexible Prognosealgorithmen für Energieverbrauch und -erzeugung werden die Bedarfsprofile den Verfügbarkeitsprofilen auch kurzfristig optimal angepasst oder die notwendige Pufferung von Energieüberschüssen geplant. Um die Prognosen weiter zu verbessern, werden z.B. Wetterdaten sowie Produktions- und Verbrauchsdaten um reale Messwerte aus digitalen Verbrauchszählern (Smart Meter) und Sensoren ergänzt.

Ziel des IT4Energy-Zentrum

Kunden und Partnern mittels intelligenten Last- und Speichermanagements, leistungsfähiger Prognosemodelle und einer herstellerunabhängigen Smart Metering-Test- und Entwicklungsumgebung die technische Unterstützung für eine nachhaltige Energieversorgung und -nutzung zu bieten – von Energieerzeugern und Versorgungsunternehmen über Technologieunternehmen bis zur Industrie.
Der Ansatz der Constraintprogrammierung sowie hocheffiziente Operations Research-Methoden werden für die Entwicklung von Technologien für die optimale und zuverlässige Nutzung von Energieressourcen genutzt. Prognoseverfahren tragen durch verlässlichere Vorhersagen zur besseren Planung bei. Sensornetztechnologien tragen zur intelligenten Messung und Steuerung von Energieverbräuchen und Verteilnetzwerken bei.