Effiziente Architekturen und Technologien zur Realisierung von Smart Metering im Bereich der Nahkommunikation

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Motivation und Rahmenbedingungen

1.2 Ziele und Abgrenzung

1.3 Vorgehen

2 Smart Metering

2.1 Rechtliche Rahmenbedingungen

2.1.1 EU-Richtlinien

2.1.2 Nationale Vorgaben

2.2 Aufgaben und Rollen der Marktteilnehmer

2.3 Auswirkungen

3 Metering Informations- und Kommunikationssystem

3.1 Information

3.2 Kommunikation

3.2.1 Normen

3.2.2 Netzwerke

3.3 Modelle

4 Modellierung der Fachkonzeptschicht

4.1 Normen und Methoden

4.1.1 IEC 61970 – Common Information-Model

4.1.2 IEC 61968 – Metering-Prozesse

4.2 Modellierung der Organisationssicht

4.3 Modellierung der Steuerungssicht

4.3.1 Bewertungsverfahren

4.3.2 Übersicht der Szenarien und Anwendungsfälle

4.3.3 Zählerinstallations- und Austauschprozess

4.3.4 Energiedienstleisterwechselprozess

4.3.5 Messdatenübertragungsprozess

4.3.6 Zählersteuerungsprozess

4.3.7 Ereignisübermittlungsprozess

4.3.8 Datensynchronisationsprozess

4.4 Modellierung der Datensicht

4.4.1 UML-Klassendiagramm Metering

4.4.2 Volumenbetrachtung

4.5 Modellierung der Funktionssicht

5 Kriterien zur Architektur- und Technologieauswahl

5.1 Systemanforderungen

5.1.1 Interoperabilität

5.1.2 Marktdurchdringung

5.1.3 Skalierbarkeit

5.2 Datensicherheit

5.2.1 Datenintegrität

5.2.2 Vertraulichkeit

5.2.3 Verfügbarkeit

5.3 Kommunikation

5.3.1 Nutzenübertragungsrate

5.3.2 Kommunikationseffizienz

5.3.3 Übertragungsdauer

5.3.4 Echtzeitfähigkeit

5.4 Teilnehmer

5.4.1 Reichweite

5.4.2 Teilnehmeranzahl

5.4.3 Frequenznutzung

5.5 Teilnehmerinteraktion

5.5.1 Kommunikationsrichtung

5.5.2 Betriebsart

5.6 Soziale Anforderungen

5.6.1 Strahlung

5.6.2 Energieverbrauch

5.7 Kosten

6 Szenarioentwicklung

6.1 Ländliches Szenario

6.2 Urbanes Szenario

7 Infrastruktur Nahübertragung

7.1 Kommunikation

7.1.1 Autonomer Zähler

7.1.2 Multisparten-Zähler

7.1.3 Multi Utility Communicator

7.1.4 Bewertung

7.2 Verbrauchsanzeige

7.2.1 Energiedisplay

7.2.2 Online-Portal

7.2.3 Bewertung

8 Übertragungsstandards im Bereich der Nahkommunikation

8.1 Drahtlose Kommunikation

8.1.1 Kommunikationsträger

8.1.1.1 868-MHz-Band

8.1.1.2 2,4-GHz-Band

8.1.1.3 Dect-Band

8.1.2 Drahtlose Technologien

8.1.2.1 WLAN / WI-FI

8.1.2.2 Bluetooth

8.1.2.3 ZigBee

8.1.2.4 DECT

8.1.2.5 EnOcean

8.1.2.6 Z-Wave

8.1.2.7 Wireless-M-Bus

8.2 Drahtgebundene Kommunikation

8.2.1 Kommuniktionsträger

8.2.1.1 PLC

8.2.1.2 Twisted-Pair

8.2.1.3 Lichtwellenleiter

8.2.2 Drahtgebundene Technologien

8.2.2.1 KNX-PL

8.2.2.2 KNX-TP

8.2.2.3 KNX-IP

8.3 Stärken und Schwächen

9 Gegenüberstellung und Bewertung

9.1 Entscheidungsmodelle als Grundlage

9.2 Analytic Hierarchie Process

9.2.1 Beurteilungsskala und Gewichtung

9.2.2 Prioritätenberechnung

9.2.3 Konsistenzprüfung

9.2.4 Bewertung der Handlungsalternativen

9.2.5 Ergebnis und Handlungsempfehlung

9.2.6 Sensitivitätsanalyse

10 Schlussbetrachtung und Ausblick

11 Anhang

Anhang 1: Standards

Anhang 2: Nachrichtenformate

Anhang 3: Übersicht Besonderheiten 868-MHz-Band

12 Literaturverzeichnis

13 Quellenverzeichnis

Zielsetzung & Themen

Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die konzeptionelle Analyse und Evaluierung geeigneter Übertragungstechnologien sowie Netzwerkstrukturen zur effizienten Realisierung von Smart Metering im Bereich der Nahkommunikation. Mithilfe eines wissenschaftlich fundierten Bewertungsalgorithmus soll die geeignetste Architektur bestimmt werden, um die Anforderungen an Smart Grids zu erfüllen und Mehrwertdienste für Endverbraucher sowie Versorgungsunternehmen zu ermöglichen.

• Analyse der regulatorischen Anforderungen und Marktrollen im Smart Metering
• Modellierung des Informations- und Kommunikationssystems mittels ARIS-Methode
• Entwicklung und Anwendung eines Bewertungsalgorithmus (AHP) zur Auswahl optimaler Technologien
• Untersuchung technischer Infrastrukturen wie Autonome Zähler, Multisparten-Lösungen und MUC
• Gegenüberstellung und Bewertung von drahtgebundenen und drahtlosen Übertragungsstandards

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung motiviert die Notwendigkeit von Smart Metering im Kontext des Klimaschutzes und erläutert die Zielsetzung sowie das Vorgehen der Arbeit.

2 Smart Metering: Das Kapitel beleuchtet die rechtlichen Rahmenbedingungen auf EU- und nationaler Ebene sowie die veränderten Rollen und Aufgaben der Marktteilnehmer.

3 Metering Informations- und Kommunikationssystem: Hier werden theoretische Grundlagen zu Information und Kommunikation gelegt und die Notwendigkeit eines strukturierten Informations- und Kommunikationssystems dargelegt.

4 Modellierung der Fachkonzeptschicht: Dieses Kapitel modelliert die Prozesse und Datenflüsse des Smart-Metering-Systems unter Anwendung von ARIS-Methoden, IEC-Standards und einer detaillierten Volumenbetrachtung.

5 Kriterien zur Architektur- und Technologieauswahl: Es werden relevante Bewertungskriterien wie Interoperabilität, Sicherheit und technische Parameter für die Auswahl der Kommunikationstechnologien abgeleitet.

6 Szenarioentwicklung: Zur differenzierten Betrachtung werden ländliche und urbane Szenarien für den Einsatz der Smart-Metering-Infrastruktur definiert.

7 Infrastruktur Nahübertragung: Verschiedene Realisierungsformen wie autonome Zähler, Multisparten-Zähler und MUC-Konzepte werden analysiert und bewertet.

8 Übertragungsstandards im Bereich der Nahkommunikation: Hier erfolgt eine tiefgehende Analyse drahtloser und drahtgebundener Kommunikationsstandards hinsichtlich ihrer Eignung.

9 Gegenüberstellung und Bewertung: Abschließend erfolgt die Auswahl der besten Handlungsalternative mithilfe des Analytic Hierarchie Processes (AHP) inklusive einer Sensitivitätsanalyse.

10 Schlussbetrachtung und Ausblick: Das Kapitel fasst die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Marktentwicklung von Smart Metering Technologien.

Schlüsselwörter

Smart Metering, Smart Grids, Nahkommunikation, Informationsmanagement, ARIS-Konzept, Analytic Hierarchie Process, Kommunikationstechnologien, Energiewirtschaft, Interoperabilität, Datensicherheit, Datenkonzentrator, MUC, Lastmanagement, Energieeffizienz, Normung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit behandelt die konzeptionelle Analyse und Evaluierung effizienter Architekturkonzepte und Kommunikationstechnologien für Smart Metering-Systeme im Bereich der Nahkommunikation.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zu den zentralen Themen gehören rechtliche Vorgaben, die Modellierung von Informations- und Kommunikationsprozessen, die Bewertung technischer Standards und die Entwicklung von Szenarien für urbane und ländliche Gebiete.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es, ein strukturiertes Konzept zu entwickeln, um mittels eines Bewertungsalgorithmus die für einen Energieversorger effizienteste Architektur und Technologie für Smart Metering zu identifizieren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit nutzt zur Prozessmodellierung die ARIS-Architektur und zur Entscheidungsfindung den Analytic Hierarchie Process (AHP), um komplexe technologische Alternativen vergleichbar zu machen.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil umfasst die Modellierung der Fachkonzeptschicht, die Definition von Bewertungskriterien, die Analyse technischer Übertragungsstandards und die anschließende mehrstufige Bewertung der Handlungsalternativen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Smart Metering, Smart Grids, ARIS, AHP, Nahkommunikation, Energiewirtschaft und Interoperabilität sind die zentralen Begriffe.

Welche Architektur wird für die Nahkommunikation präferiert?

Die Arbeit präferiert das MUC-Konzept (Multi Utility Communicator), da dieses im Vergleich zu anderen Ansätzen in der Bewertung der Kriterien als am effizientesten eingestuft wurde.

Warum spielt die Kostenhierarchie eine so wichtige Rolle?

Aufgrund der hohen Investitionskosten für Zähler und zusätzliche Hardware wie Repeater oder Controller ist eine Trennung von Nutzen und Kosten für eine wirtschaftliche Beurteilung zwingend erforderlich.

Welches Fazit zieht der Autor für ZigBee?

Der Autor stellt fest, dass ZigBee im 2,4 GHz-Band eine standardisierte und skalierbare Lösung bietet, die sowohl im ländlichen als auch im urbanen Szenario eine effiziente Kommunikation gewährleistet.