Effizienzsteigerung und Stärkung der Verbraucher: Die Advanced Metering Infrastructure (AMI)-Revolution
AMI ist eine vollständig ausgestattete Infrastruktur, die in sowohl aktuelle als auch zukünftige Versorgungsprozesse und -anwendungen integriert werden muss und nicht nur eine einzelne technologische Installation ist.
Diese Infrastruktur umfasst intelligente Zähler, Kommunikationsnetze von den Zählern zu lokalen Datenkonzentratoren, Backhaul-Kommunikationsnetze zu zentralen Rechenzentren, Zählerdatenmanagementsysteme (MDMS) und schließlich die Datenintegration in bestehende und neue Softwareanwendungsplattformen. Heimnetzwerksysteme umfassen kommunizierende Thermostate und andere Steuerungen im Haus. AMI bietet auch einen sehr "intelligenten" Schritt in Richtung der Aktualisierung der gesamten Strominfrastruktur.
Die Schnittstellen zwischen den AMI-Technologien sind in Abbildung 1 unten visuell dargestellt:
Intelligente Zähler liefern dem Nutzer und dem Dienstleister Verbrauchsinformationen auf Verbraucherebene. Um das Bewusstsein der Verbraucher für ihren Energieverbrauch zu schärfen, sind intelligente Zähler mit In-Home-Displays verbunden. Darüber hinaus können Laststeuergeräte wie intelligente Thermostate die Stromnachfrage in Abhängigkeit von zuvor festgelegten Preispräferenzen der Verbraucher ändern, dank der Kenntnisse über die Strompreise, die der Dienstleister liefert. Basierend auf diesen wirtschaftlichen Indikatoren bauen anspruchsvollere Kunden verteilte Energieressourcen (DER) auf. Darüber hinaus verarbeiten Verbraucherportale AMI-Daten so, dass intelligentere Entscheidungen über den Energieverbrauch möglich werden und sogar interaktive Dienste wie Vorauszahlung angeboten werden.
Um Betrieb, Wirtschaftlichkeit und Kundenservice zu verbessern, nutzt der Dienstleister (Versorgungsunternehmen) neue, verbesserte oder bestehende Back-Office-Systeme, um AMI-Daten zu sammeln und zu analysieren. AMI bietet beispielsweise schnelles Feedback zu Kundenausfällen und zur Stromqualität, so dass der Dienstleister Netzprobleme schnell beheben kann. Darüber hinaus wird die Netzautomatisierung auf Stations- und Stromkreisebene durch die bidirektionale Kommunikationsinfrastruktur der AMI unterstützt. Die enorme Menge an neuen Daten, die von AMI kommen, ermöglicht ein besseres Management der Versorgungsanlagen sowie eine bessere Planung für die Instandhaltung, Erweiterung und den Austausch von Anlagen. Einer der zahlreichen Vorteile von AMI ist die verbesserte Zuverlässigkeit und Effizienz des Netzes.
Warum AMI?
AMI-EINSATZ & DATENWACHSTUM
Abbildung 2.
WELCHE TECHNOLOGIEOPTIONEN SIND FÜR AMI VERFÜGBAR?
Ein AMI-System besteht aus verschiedenen Technologien und Programmen, die zu einer Einheit zusammengefasst wurden:
• Intelligente Zähler
• Weitverkehrskommunikationsinfrastruktur
• Heimnetze (HANs)
• Zählerdatenmanagementsysteme (MDMS)
• Operative Gateways
SMART METERS
Konventionelle elektromechanische Zähler dienten während des größten Teils ihrer Geschichte als Kasse des Versorgungsunternehmens. Auf Haushaltsebene erfassten diese Zähler lediglich die Gesamtmenge an Energie, die über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wurde, in der Regel einen Monat. Intelligente Zähler sind programmierbare Halbleitergeräte, die eine Vielzahl von Aufgaben ausführen können, darunter die meisten oder alle der folgenden:
• Zeitbasierte Preisgestaltung
• Verbrauchsdaten für Verbraucher und Versorgungsunternehmen
• Netto-Messung • Benachrichtigung über Stromausfall (und -wiederherstellung)
• Ferngesteuertes Ein- und Ausschalten
• Lastbegrenzung für "schlechte Zahler" oder Demand-Response-Zwecke
• Energievorauszahlung
• Überwachung der Stromqualität
• Erkennung von Manipulationen und Energiediebstahl
Ein intelligenter Zähler ist auch ein grüner Zähler, da er die Laststeuerung ermöglicht, was Emissionen und Kohlenstoffemissionen reduzieren kann. Er fördert eine höhere Energieeffizienz, da es nachweislich zu einer Verbrauchsreduzierung bei den Verbrauchern führt, wenn sie Informationen zurückmelden.
KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR
Die AMI-Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht eine kontinuierliche Interaktion zwischen dem Versorgungsunternehmen, dem Verbraucher und der elektrischen Last, die gesteuert werden kann. Sie muss offene, bidirektionale Kommunikationsstandards verwenden und gleichzeitig hochsicher bleiben. Über AMI hinaus hat sie das Potenzial, als Grundlage für eine Vielzahl moderner Netzfunktionen zu dienen. Lokale Konzentratoren, die Daten von Zählergruppen sammeln und über einen Backhaul-Kanal an einen zentralen Server übertragen, sind eine der gängigsten Architekturen. Für die Bereitstellung dieser Architektur können verschiedene Medien in Betracht gezogen werden:
• Power Line Carrier (PLC)
• Breitband-Überstromleitungen (BPL)
• Kupfer oder Glasfaser
• Drahtlos (Radiofrequenz), entweder zentralisiert oder als verteiltes Mesh
• Internet
• Kombinationen der oben genannten
HOME AREA NETWORKS (HAN)
Ein HAN kommuniziert mit einem Verbraucherportal, um intelligente Zähler mit steuerbaren elektrischen Geräten zu verbinden. Zu seinen Energiemanagementfunktionen können die folgenden gehören:
• In-Home-Displays, so dass der Verbraucher immer weiß, wie viel Energie verbraucht wird und wie viel sie kostet.
• Reaktion auf Preissignale auf der Grundlage der vom Verbraucher eingegebenen Präferenzen
• Sollwerte, die die Versorgungs- oder lokalen Steuerungsmaßnahmen auf einen vom Verbraucher festgelegten Bereich beschränken
• Laststeuerung ohne fortlaufende Beteiligung des Verbrauchers
Indem es als "Agent" des Verbrauchers fungiert, bietet das HAN/Verbraucherportal eine intelligente Schnittstelle zum Markt. Es kann auch bei neuen Mehrwertdiensten wie der Sicherheitsüberwachung helfen.
METER DATA MANAGEMENT SYSTEM (MDMS)
Ein MDMS ist eine Datenbank, die analytische Tools enthält, die die Interaktion mit anderen Informationssystemen ermöglichen (siehe Operational Gateways unten), wie z. B. die unten aufgeführten:
• Das Consumer Information System (CIS), Abrechnungssysteme und Utility-Websites
• System zur Ausfallverwaltung (OMS)
• Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme für das Management der Stromqualität und die Lastprognose
• Geografisches Informationssystem (GIS)
• Transformer Load Management (TLM)
• Mobile Workforce Management (MWM)
OPERATIONAL GATEWAYS
AMI kommuniziert mit einer Vielzahl von systemseitigen Anwendungen (einschließlich MDMS), um Folgendes zu unterstützen:
Advanced Distribution Operations (ADO)
• Fortschrittliche Sensoren im Verteilungsmanagementsystem (einschließlich PQ-Daten von AMI-Zählern)
• Erweiterte Ausfallverwaltung (AMI-zählerbasierte Echtzeit-Ausfallinformationen)
Advanced Transmission Operations (ATO)
• Umspannwerkautomatisierung
• Hochgeschwindigkeits-Informationsverarbeitung
• Fortschrittlicher Schutz und Steuerung (einschließlich Verteilungssteuerung zur Verbesserung der Übertragungsbedingungen) Messgeräte)
Advanced Asset Management (AAM)
AMI-Daten werden AAM wie folgt unterstützen:
• Systembetriebsdaten
• Daten über den "Gesundheitszustand" der Anlagen
• Betrieb zur Optimierung der Anlagenauslastung
• T&D-Planung
Vorteile
Die Vorteile von AMI sind zahlreich und lassen sich im Wesentlichen wie folgt einteilen:
• Operationelle Vorteile - AMI kommt dem gesamten Netz zugute, indem es die Genauigkeit der Zählerablesung verbessert, Energiediebstahl erkennt und auf Stromausfälle reagiert, während gleichzeitig die Notwendigkeit einer Zählerablesung vor Ort entfällt.
• Finanzielle Vorteile - AMI bietet finanzielle Vorteile für Versorgungs-, Wasser- und Gasunternehmen, indem es die Ausrüstung- und Wartungskosten senkt, eine schnellere Wiederherstellung des Stromdienstes bei Ausfällen ermöglicht und den Abrechnungsprozess rationalisiert.
• Kundenvorteile - AMI kommt Stromkunden zugute, indem es Zählerausfälle frühzeitig erkennt, eine schnellere Wiederherstellung des Dienstes ermöglicht und die Genauigkeit und Flexibilität der Abrechnung verbessert. AMI bietet auch zeitbasierte Tarifoptionen, die Kunden helfen können, Geld zu sparen und ihren Energieverbrauch zu steuern.
• Sicherheitsvorteile - Die AMI-Technologie ermöglicht eine verbesserte Überwachung der Systemressourcen, wodurch potenzielle Cyberterroristen-Netzwerkbedrohungen für das Netz reduziert werden.
Herausforderungen
• Hohe Kapitalkosten: Eine vollständige Implementierung von AMI erfordert den Kauf aller Hardware- und Softwareelemente, einschließlich Zähler, Netzwerkinfrastruktur und Netzwerkmanagementsoftware, zusätzlich zu den Kosten für die Einrichtung und Wartung von Informationstechnologiesystemen und Messinfrastruktur.
• Integration: Customer Information Systems (CIS), Geographical Information Systems (GIS), Outage Management Systems (OMS), Work Management (WMS), Mobile Workforce Management (MWM), SCADA/DMS, Distribution Automation System (DAS) usw. müssen alle in AMI integriert werden, einem komplexen Technologiesystem.
• Standardisierung: Um ein AMI-basiertes Netzsystem ordnungsgemäß anzuschließen und zu warten, müssen Interoperabilitätsstandards geschaffen werden, die universelle Anforderungen an die AMI-Technologie, den Einsatz und den allgemeinen Betrieb festlegen.
Schlussfolgerung
Im 21. Jahrhundert wurden bedeutende technologische Fortschritte bei der Nutzung und Bereitstellung von elektrischer Energie erzielt. Um die Schwierigkeiten zu überwinden, mit denen diese Verbesserungen konfrontiert sind, werden neue Werkzeuge und Strategien benötigt. Ein solches Instrument ist die Advanced Metering Infrastructure. Eine Infrastruktur, die in der Lage ist, Echtzeit-Daten von den Verbrauchern zu erfassen, die Daten zu kommunizieren und die Anweisungen an die Lasten zurückzugeben, hat sich als Ergebnis von Fortschritten und Entwicklungen in den Bereichen Elektronik, Instrumentierung, Kommunikation und Datenverarbeitung manifestiert. Mit Hilfe dieser nützlichen Technologie können Betreiber und Versorgungsunternehmen die Leistung ihres Netzes mit Kenntnis des Zustands aus erster Hand planen und optimieren. Sowohl die Enden des Kunden als auch des Anbieters könnten die gesammelten Daten für die Verbrauchsregulierung nutzen.
Energieunternehmen und Verbraucher können Millionen von Dollar an Schadensverhütungs- und Wartungskosten sparen, indem sie die von AMI angebotenen Diagnose- und Benachrichtigungstools nutzen, wie z. B. die Leckageerkennung in Wasser- und Gasnetzen oder die Erkennung von Cyber- oder physischen Angriffen. Die mögliche Einbeziehung von hochmodernen Diensten wie der Branderkennung, Benachrichtigung und Überwachung über mobile Apps steigerte den Wert der Netze weiter und weckte das Interesse der Öffentlichkeit an SG und AMI. Ein weiterer Vorteil von AMI ist die verbesserte Sicherheit der bereitgestellten Elektrizität und der kommunizierten Informationen. Darüber hinaus gibt AMI den Nutzern mehr Kontrolle über ihre Konsumgewohnheiten. Außerdem bietet es eine stabilere und qualitativ hochwertigere Stromversorgung.
Autor:
Sonu Kumar Sah