Effizienzsteigerung und Stärkung der Verbraucher: Die Revolution der Advanced Metering Infrastructure (AMI)
AMI ist eine vollständig ausgestattete Infrastruktur, die sowohl in aktuelle als auch in zukünftige Versorgungsprozesse und -anwendungen integriert werden muss und nicht nur eine einzelne technologische Installation darstellt.
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 hochgradig "intelligenten" Schritt in Richtung Modernisierung der gesamten Energieinfrastruktur.
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, verbinden sich intelligente Zähler mit In-Home-Displays. Darüber hinaus können Laststeuergeräte wie intelligente Thermostate die Stromnachfrage in Abhängigkeit von zuvor festgelegten Preispräferenzen der Verbraucher ändern, da sie über die Strompreise des Dienstleisters informiert sind. Auf der Grundlage dieser wirtschaftlichen Indikatoren bauen anspruchsvollere Kunden dezentrale Energieressourcen (DER) auf. Darüber hinaus verarbeiten Verbraucherportale AMI-Daten auf eine Weise, die intelligentere Energienutzungsentscheidungen ermöglicht und sogar interaktive Dienste wie Vorauszahlung anbietet.
Um Betrieb, Wirtschaftlichkeit und Kundenservice zu verbessern, nutzt der Dienstleister (Versorger) neue, verbesserte oder bestehende Back-Office-Systeme, um AMI-Daten zu sammeln und zu analysieren. AMI bietet beispielsweise eine schnelle Rückmeldung zu Kundenausfällen und zur Stromqualität, sodass der Dienstleister Netzprobleme schnell beheben kann. Darüber hinaus wird die Netzautomatisierung auf Stations- und Stromkreisebene durch die bidirektionale Kommunikationsinfrastruktur von 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, Ergänzung und den Austausch von Anlagen. Einer der zahlreichen Vorteile von AMI ist die verbesserte Zuverlässigkeit und Effizienz des Netzes.
Warum AMI?
AMI-EINSATZ UND 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
• Home (Local) Area Networks (HANs)
• Zählerdatenmanagementsysteme (MDMS)
• Operative Gateways
SMART METERS
Über den größten Teil ihrer Geschichte dienten herkömmliche elektromechanische Zähler als Kasse des Versorgungsunternehmens. Auf 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 "Schlechtzahler" oder für die Nachfragesteuerung
• Energievorauszahlung
• Überwachung der Stromqualität
• Erkennung von Manipulationen und Energiediebstahl
Ein intelligenter Zähler ist auch ein grüner Zähler, da er die Möglichkeit zur Laststeuerung bietet, wodurch Emissionen und Kohlenstoffemissionen reduziert werden können. Er fördert eine höhere Energieeffizienz, da die Rückmeldung von Informationen nachweislich dazu führt, dass die Verbraucher ihren Verbrauch reduzieren.
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 sein. Über AMI hinaus 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-Überstromleitungen (BPL)
• Kupfer- oder Glasfaserkabel
• Drahtlos (Funkfrequenz), 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. Seine Energiemanagementfunktionen können Folgendes umfassen:
• In-Home-Displays, sodass der Verbraucher jederzeit 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 Versorgungsunternehmen oder lokale Steuerungsmaßnahmen auf ein vom Verbraucher festgelegtes Band 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 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 Versorgungs-Websites
• System für das Ausfallmanagement (OMS)
• Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme für das Stromqualitätsmanagement und die Lastprognose
• Geografisches Informationssystem (GIS)
• Transformator-Lastmanagement (TLM)
• Mobile Workforce Management (MWM)
OPERATIVE 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)
• Fortschrittliches Ausfallmanagement (AMI-Zählerbasierte Echtzeit-Ausfallinformationen)
Advanced Transmission Operations (ATO)
• Umspannwerksautomatisierung
• Hochgeschwindigkeits-Informationsverarbeitung
• Fortschrittlicher Schutz und Steuerung (einschließlich Verteilungssteuerung zur Verbesserung der Übertragungsbedingungen) Zähler)
Advanced Asset Management (AAM)
AMI-Daten werden AAM auf folgende Weise unterstützen:
• Systembetriebsdaten
• Daten zum "Gesundheitszustand" der Anlagen
• Optimierter Anlageneinsatz im Betrieb
• 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 Versorgungs-, Wasser- und Gasunternehmen finanzielle Vorteile, indem es die Kosten für Ausrüstung 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 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 Cyber-Terroristen-Netzwerkbedrohungen für das Netz reduziert werden.
Herausforderungen
• Hohe Kapitalkosten: Eine umfassende Implementierung von AMI erfordert den Kauf aller Hardware- und Softwarekomponenten, einschließlich Zählern, Netzwerkinfrastruktur und Netzwerkmanagementsoftware, zusätzlich zu den Kosten für die Einrichtung und Wartung von Informationstechnologiesystemen und der Zählerinfrastruktur.
• 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 Grid-System ordnungsgemäß anzuschließen und zu warten, müssen Interoperabilitätsstandards erstellt werden, die universelle Anforderungen für AMI-Technologie, -Implementierung und allgemeine Abläufe 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 fortschrittliche Zählerinfrastruktur. Eine Infrastruktur, die in der Lage ist, in Echtzeit Daten von Verbrauchern zu erfassen, die Daten zu kommunizieren und die ausführenden 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 planen und optimieren, da sie dessen Zustand aus erster Hand kennen. Sowohl die Kunden als auch die Anbieter können 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 Benachrichtigungswerkzeuge nutzen, wie z. B. die Leckerkennung in Wasser- und Gasnetzen oder die Erkennung von Cyber- oder physischen Angriffen. Die mögliche Einbeziehung modernster Dienste wie Branderkennung, Benachrichtigung und Überwachung über mobile Apps hat den Wert der Netze weiter gesteigert und das Interesse der breiten Öffentlichkeit an SG und AMI geweckt. Ein weiterer Vorteil von AMI ist die verbesserte Sicherheit für die bereitgestellte Elektrizität und die kommunizierten Informationen. Darüber hinaus gibt AMI den Nutzern mehr Kontrolle über ihr Konsumverhalten. Darüber hinaus bietet es eine stabilere und qualitativ hochwertigere Stromversorgung.
Autor:
Sonu Kumar Sah