Effizienzsteigerung und Stärkung der Verbraucher: Die Revolution der Advanced Metering Infrastructure (AMI)
AMI ist eine vollwertige Infrastruktur, die in aktuelle und zukünftige Versorgungsprozesse und -anwendungen integriert werden muss, und nicht nur eine einzelne technologische Installation.
Diese Infrastruktur umfasst intelligente Zähler, Kommunikationsnetze von den Zählern zu lokalen Datenkonzentratoren, Backhaul-Kommunikationsnetze zu zentralen Rechenzentren, Zählerdatenmanagementsysteme (Meter Data Management Systems, MDMS) und schließlich die Datenintegration in bestehende und neue Softwareanwendungsplattformen. Heimnetzwerksysteme umfassen kommunizierende Thermostate und andere Steuerungen im Haus. AMI bietet auch einen hochgradig "intelligenten" Schritt zur Aktualisierung der gesamten Strominfrastruktur.
Die Schnittstellen zwischen den AMI-Technologien sind in Abbildung 1 unten visuell dargestellt:
Intelligente Zähler liefern Verbrauchsdaten für den Nutzer und den Dienstleister 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, da der Dienstleister Informationen über die Strompreise liefert. Auf der Grundlage dieser wirtschaftlichen Hinweise bauen anspruchsvollere Kunden verteilte Energieressourcen (Distributed Energy Resources, DER) auf. Darüber hinaus verarbeiten Kundenportale AMI-Daten so, dass intelligentere Entscheidungen über den Energieverbrauch möglich sind und sogar interaktive Dienste wie Vorauszahlung angeboten werden.
Um Betrieb, Wirtschaftlichkeit und Kundenservice zu verbessern, nutzt der Dienstleister (Versorgungsunternehmen) neue, verbesserte oder bestehende Backoffice-Systeme, um AMI-Daten zu sammeln und zu analysieren. AMI bietet beispielsweise eine schnelle Eingabe zu Kundenausfällen und Stromqualität, so dass der Dienstleister Netzprobleme schnell beheben kann. Darüber hinaus wird die Netzautomatisierung auf Stations- und Stromkreisebene durch die bidirektionale Kommunikationsinfrastruktur des AMI unterstützt. Die enorme Menge an neuen Daten, die von AMI kommen, ermöglicht ein besseres Management der Versorgungsanlagen sowie eine bessere Planung der Anlagenwartung, -erweiterung und -erneuerung. 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
• Weitverkehrs-Kommunikationsinfrastruktur
• Heim-(lokale)Netzwerke (Home Area Networks, HANs)
• Zählerdatenmanagementsysteme (Meter Data Management Systems, MDMS)
• Operationelle Gateways
SMART METERS
Konventionelle elektromechanische Zähler dienten während des größten Teils ihrer Geschichte als Kasse des Versorgungsunternehmens. Auf der Wohnebene erfassten diese Zähler lediglich die Gesamtmenge der über einen bestimmten Zeitraum verbrauchten Energie, in der Regel einen Monat. Intelligente Zähler sind programmierbare Festkörpergeräte, die eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen können, darunter die meisten oder alle der folgenden:
• Zeitabhängige Preisgestaltung
• Verbrauchsdaten für Verbraucher und Versorgungsunternehmen
• Net Metering • Benachrichtigung über Stromausfall (und -wiederherstellung)
• Ferngesteuertes Ein-/Ausschalten
• Lastbegrenzung für "schlechte Zahlung" 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, die Emissionen und Kohlenstoffemissionen reduzieren kann. Er fördert eine höhere Energieeffizienz, da die Rückmeldung von Informationen nachweislich dazu führt, dass die Verbraucher ihren Verbrauch reduzieren.
KOMMUNIKATIONS-INFRASTRUKTUR
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 sein. Jenseits von AMI hat sie das Potenzial, als Grundlage für eine Vielzahl moderner Netzfunktionen zu dienen. Lokale Konzentratoren, die Daten von Gruppen von Zählern 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-über-Stromleitungen (Broadband overpower Lines, BPL)
• Kupfer- oder Glasfaser
• Drahtlos (Radiofrequenz), entweder zentralisiert oder als verteiltes Mesh
• Internet
• Kombinationen der oben genannten
HEIMNETZWERKE (HOME AREA NETWORKS, HAN)
Ein HAN kommuniziert mit einem Verbraucherportal, um intelligente Zähler mit steuerbaren elektrischen Geräten zu verbinden. Seine Energiemanagementfunktionen können Folgendes umfassen:
• In-Home-Displays, so dass der Verbraucher immer darüber informiert ist, wie viel Energie verbraucht wird und wie viel sie kostet.
• Reaktion auf Preissignale auf der Grundlage der vom Verbraucher eingegebenen Präferenzen
• Sollwerte, die die Maßnahmen des Versorgungsunternehmens oder der lokalen Steuerung 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.
ZÄHLERDATENMANAGEMENTSYSTEM (METER DATA MANAGEMENT SYSTEM, MDMS)
Ein MDMS ist eine Datenbank, die analytische Werkzeuge 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 für Ausfallmanagement (Outage Management System, OMS)
• Enterprise-Resource-Planning-Systeme (Enterprise Resource Planning, ERP) für das Management der Stromqualität und die Lastprognose
• Geografisches Informationssystem (Geographic Information System, GIS)
• Transformator-Lastmanagement (Transformer Load Management, TLM)
• Mobile Workforce Management (MWM)
OPERATIONELLE 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)
• Advanced Outage Management (AMI-zählerbasierte Echtzeit-Ausfallinformationen)
Advanced Transmission Operations (ATO)
• Umspannwerksautomatisierung
• Hochgeschwindigkeits-Informationsverarbeitung
• Fortschrittlicher Schutz und Steuerung (einschließlich Verteilungssteuerung zur Verbesserung der Übertragungsbedingungen) Messgeräte)
Advanced Asset Management (AAM)
AMI-Daten werden AAM auf folgende Weise unterstützen:
• Systembetriebsdaten
• Daten zum "Gesundheitszustand" der Anlagen
• Operationen zur optimierten Anlagenauslastung
• T&D-Planung
Vorteile
Die Vorteile von AMI sind zahlreich und lassen sich grob wie folgt einteilen:
• Operative Vorteile – AMI kommt dem gesamten Netz zugute, indem es die Genauigkeit der Zählerablesung verbessert, Energiediebstahl aufdeckt und auf Stromausfälle reagiert, ohne dass eine Zählerablesung vor Ort erforderlich ist.
• Finanzielle Vorteile – AMI bietet finanzielle Vorteile für Versorgungs-, Wasser- und Gasunternehmen, indem es die Kosten für Geräte und Wartung senkt, eine schnellere Wiederherstellung der Stromversorgung bei Ausfällen ermöglicht und den Abrechnungsprozess rationalisiert.
• Kundenvorteile – AMI kommt Stromkunden zugute, indem es Zählerausfälle frühzeitig erkennt, eine schnellere Wiederherstellung des Betriebs 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 Softwarekomponenten, einschließlich Zähler, Netzwerkinfrastruktur und Netzwerkmanagementsoftware, zusätzlich zu den Kosten für die Einrichtung und Wartung von Informationstechnologiesystemen und der Zählerinfrastruktur.
• Integration: Kundeninformationssysteme (Consumer Information Systems, CIS), geografische Informationssysteme (Geographical Information Systems, GIS), Ausfallmanagementsysteme (Outage Management Systems, OMS), Arbeitsmanagement (Work Management, WMS), Mobile Workforce Management (MWM), SCADA/DMS, Verteilungsautomatisierungssystem (Distribution Automation System, DAS) usw. müssen alle mit 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 übermitteln und die Anweisungen an die Lasten zurückzugeben, ist das Ergebnis von Fortschritten und Entwicklungen in den Bereichen Elektronik, Instrumentierung, Kommunikation und Datenverarbeitung. Mit Hilfe dieser nützlichen Technologie können Betreiber und Versorgungsunternehmen die Leistung ihres Netzes planen und optimieren, da sie die Bedingungen aus erster Hand kennen. Sowohl die Enden des Kunden als auch des Anbieters könnten die gesammelten Daten zur 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 potenzielle Einbeziehung von Spitzendiensten wie Branderkennung, Benachrichtigung und Überwachung über mobile Apps hat den Wert der Netze weiter gesteigert und das Interesse der Öffentlichkeit an SG und AMI geweckt. Ein weiterer Vorteil von AMI ist die verbesserte Sicherheit der bereitgestellten Elektrizität und der übermittelten Informationen. Darüber hinaus gibt AMI den Nutzern mehr Kontrolle über ihr Verbrauchsverhalten. Außerdem bietet es stabilere und hochwertigere Energie.
Autor:
Sonu Kumar Sah